BRASIL
The International Journal Of Thermal Processing
Abr a Jun 2019
BRASIL
Abr a Jun 2019 The International Journal Of Thermal Processing
Abr a Jun 2019
Temperabilidade de Fixadores de Geradores Eólicos 51
Fundamentos do Teste de Fadiga 42 Fortes Oportunidades no Tratamento Térmico por Indução
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Especial: 60 anos Combustol 30 Retrospectiva: VI Seminário de Processos de TT 14 A maior e mais conceituada revista da indústria térmica • www.sfeditora.com.br
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47
42 CONTEÚDO
51
ABR A JUN 2019 - NÚMERO 43
ARTIGOS 42
Controle de Processo & Instrumentação
Fundamentos do Teste de Fadiga Richard Gedney – ADMET Inc.; Norwood, Massachusetts, EUA
As muitas variáveis associadas ao tipo de material, à geometria da amostra e ao uso em serviço de uma peça ou componente complicam o projeto e a implementação de um regime apropriado de teste de fadiga. Desde 1850, sabemos que o metal submetido a tensões flutuantes falhará com uma tensão muito menor do que a necessária para causar a ruptura de uma única tração quase-estática. A falha geralmente ocorre sem aviso e resulta em uma fratura de aparência frágil sem deformação significativa. A fadiga do metal é um processo de várias etapas e é frequentemente descrita como tendo quatro estágios.
47
Tratamento Térmico por Indução
Fortes Oportunidades no Tratamento Térmico por Indução Collin A. Russell – Inductoheat Inc. – An Inductotherm Group Company; Madison Heights, Michigan, EUA
A utilização de indução eletromagnética para fins de tratamento térmico não é mais uma novidade. No entanto, a excitação atual associada ao tratamento térmico de indução pode sugerir o contrário. Uma combinação de fatores, incluindo eficiência e iniciativas ambientais na fabricação automotiva e aeroespacial, inovações em fontes de alimentação de indução e avanços na simulação de processos de tratamento térmico de indução,sugere que uma “era de ouro” do tratamento térmico de indução está no horizonte. Em uma era de consciência ambiental e redução de custos, a física fundamental da indução eletromagnética faz dela um método de tratamento térmico altamente atrativo.
51
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico Para Fixadores Utilizados no Mercado de Geradores Eólicos - Parte I Shun Yoshida, Combustol Tratamentos Térmicos, São Paulo, Brasil
O mercado de geradores eólicos utiliza-se de fixadores em dimensões usualmente até ϕ 64 mm, confeccionados em aço carbono dos tipos AISI 4140, AISI 4340, AISI 4142 e DIN 1.7185 – 33MnCrB5. A despeito das normas reguladoras deste mercado admitirem os quatro tipos de aço (ISO 898), há substanciais diferenças em termos de resultados de tratamento térmico, o que pode limitar uma ou outra aplicação. Há importantes diferenças de temperabilidade entre os quatro tipos de aços, o que torna sua seleção em função da bitola exigida fundamental para o atingimento das especificações mecânicas e o sucesso do componente em trabalho. 4 ABR A JUN 2019
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CONTEÚDO
ABR A JUN 2019 - NÚMERO 43
COLUNAS 08 Editorial EUA
Ações Automotivas
Vários tópicos parecem descrever o estado da indústria
automotiva no momento: tecnologia (Inteligência Artificial),
veículos autônomos, elétricos e manufatura aditiva. Vamos ver o que está acontecendo em cada uma dessas áreas.
10 Editorial Brasil
Thermprocess
Em Junho, dos dias 25 a 29, será realizada mais uma
edição do The Bright World of Metals, tema das feiras Thermprocess, GIFA, Metec e Newcast.
16
Educação & Pesquisa Desafios e
Tratamento Térmico
Aos Deuses do
Entre os dois tipos de tratadores térmicos, sendo eles os cativos e os prestadores, existe uma tendência de maior sofrimento para a realização do processo do tratador térmico prestador.
24 Pesquisa e Desenvolvimento Estampagem de Aços Automotivos
Os Rumos da
Durante anos, presenciamos a falência desta área devido à
falta de incentivos governamentais e o agravante da entrada
de produtos importados em nosso mercado com menor custo.
Oportunidades na Engenharia
A situação desesperadora pode ser resumida em duas frentes,
presente. Quais são os desafios e oportunidades em um
a ausência de know how local para atender a demanda Global
Tema recorrente ao longo do tempo, mas hoje cada vez mais
como a falta de um parque fabril qualificado no Brasil e ainda
cenário de interações de via tecnológica, digital, indústria 4.0?
para os novos produtos.
18 Combustão
Uso de Oxigênio na Combustão
Na grande maioria dos casos de combustão, o comburente utilizado é o oxigênio existente no ar atmosférico, cuja
composição volumétrica é: 78,09% nitrogênio; 20,94% oxigênio; 0,93% argônio.
20
22 Simulação Computacional
Siderurgia O Tratamento Térmico na Siderurgia O tratamento térmico é considerado pela grande siderurgia como sendo um mal necessário, pois implica em altos
investimentos em equipamentos e custos adicionais na manufatura dos produtos.
26 Doutor em Tratamento Térmico
Software de Simulação - Parte III: Nitretação e Nitrocarbonetação
Por último, mas certamente não menos importante, como
diz o ditado, é nossa discussão de simuladores de processo de nitretação a gás e nitrocarbonetação e como eles são usados para prever e controlar esses processos de endurecimento
de camadas. Hoje, esses simuladores estão disponíveis em
vários fabricantes de equipamentos originais e instituições
acadêmicas com o objetivo de determinar os parâmetros do processo de nitretação.
Industrial Heating
ABR A JUN 2019 7
EDITORIAL EUA
Ações Automotivas
V
ários tópicos parecem descrever o estado da indústria automotiva no momento: tecnologia (Inteligência Artificial), veículos autônomos, elétricos e manufatura aditiva. Vamos ver o que está acontecendo em cada uma dessas áreas.
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Tecnologia Para obter avanços como os veículos autônomos, a tecnologia sem fio precisa melhorar. A quinta geração (5G) da tecnologia sem fio nos permitirá aproveitar as vantagens da inteligência artificial (AI – Artificial Intelligence), da realidade virtual (VR – Virtual Reality) e da Internet das coisas (IoT – Internet of Things). A velocidade da Internet será 100 vezes mais rápida do que a 4G, o que será necessário para inaugurar veículos autônomos. Nessa linha, a Hyundai Motors anunciou recentemente que gastaria US$ 40 bilhões nos próximos cinco anos para desenvolver novos modelos e tecnologias para veículos elétricos e autônomos, além de serviços de transporte. Este último é em resposta a mudanças de demanda devido aos serviços de chamada de carros por aplicativos. A tecnologia também está sendo usada pela Toyota e outros fabricantes para fazer melhorias práticas, como maximizar a eficiência. Os “Motores de Força Dinâmica" (Dynamic Force Engines) da Toyota incorporam tecnologias avançadas (por exemplo, assentos de válvula revestidos a laser). Inicialmente lançado no Camry 2018, nove novos motores de alta tecnologia serão lançados até 2021. Autônomo Nós discutimos essa tecnologia várias vezes porque ela não está indo embora. Carros autônomos usam centenas de sensores para dar ao carro a capacidade de assumir o controle dos seres humanos. Isso cria grandes volumes de dados que
8 ABR A JUN 2019
Industrial Heating
“ Carros autônomos usam centenas de sensores para dar ao carro a capacidade de assumir o controle dos seres humanos” exigem velocidades de rede 5G mais rápidas. Eu participei de um recente webinar sobre tecnologia de veículo autônomo (AV Autonomous-Vehicle), e aqui estão algumas coisas que foram discutidas. • Movimentadores de pessoas de estação para estação são provavelmente a primeira adoção de AV; • Uma pesquisa indicou que as pessoas estão mais propensas a confiar em uma empresa de tecnologia (versus automotiva) com AVs; • Tantas coisas precisam ser abordadas, incluindo fatores tão simples quanto a temperatura. Os sensores AV precisam ser capazes de viver em ambientes muito quentes e muito frios; • Alto desempenho com baixa potência é uma obrigação; • A menos que os custos dos sistemas diminuam, é improvável que os veículos pessoais adotem os mais altos níveis de tecnologia AV; • Algoritmos precisam ser desenvolvidos através da aprendizagem. Além das milhas reais percorridas (10 milhões), as simulações estão ajudando a acelerar o processo de aprendizado. Foi dito que 7 bilhões de milhas estavam em simulação; • Como um começo, podemos querer restringir AVs para certas áreas, faixas especiais etc. Veículos Elétricos Claramente, há muito movimento na categoria de veículo elétrico (EV - Electric Vehicle). Alguns destes veículos são fabricados por empresas menores e de start-ups, enquanto
EDITORIAL EUA outros são parte da programação dos curtidores da Toyota. A verificação de duas listas abrangentes mostrou um total de 46-65 modelos EV com o maior número, incluindo caminhões grandes. Com marcas como Sono Motors, Tazzari, Thunder Power, Weima e Lucid, muitos não são nomes conhecidos. Uma preocupação abordada no The Economist é se o mundo pode produzir cobalto suficiente para todos esses EVs. A fonte primária é a instável República Democrática do Congo. A First Cobalt está trabalhando para desenvolver uma fonte de cobalto de nível de bateria na América do Norte em seu Projeto Iron Creek em Idaho. Se não conseguirmos encontrar o suficiente no solo para atender à necessidade, sabe-se que o assoalho do Oceano Pacífico é
revestido por nódulos ricos em cobalto. Manufatura Aditiva Muito está acontecendo aqui, mas um exemplo é a Bugatti Automobiles S.A.S. Eles estão usando AM (Additive Manufacturing) para otimizar o design, economizando peso e melhorando o desempenho. As peças AM incluem uma pinça de freio de titânio, suporte do spoiler ativo, suporte do motor com resfriamento a água integrado, invólucro do diferencial do eixo dianteiro e tampas do cabeçote. É um tempo interessante, se não perturbador, para estar no negócio automotivo. Fique de olho no nosso boletim informativo magEzine bimensal para obter informações atualizadas sobre este setor dinâmico.
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10 ABR A JUN 2019
m Junho, dos dias 25 a 29, será realizada mais uma edição do The Bright World of Metals, tema das feiras Thermprocess, GIFA, Metec e Newcast. O local é o mesmo em que foram realizadas as últimas edições, na cidade de Düsseldorf, Alemanha. É o maior e mais importante conjunto de feiras de processamento térmico do mundo. Mais de 2.200 expositores estão confirmados. São esperados para esta edição cerca de 78.000 visitantes, de mais de 120 países. A entrada não é gratuita, é paga: cerca de 200 reais por dia (45 Euros na compra online e 64 Euros na compra no local). A cada quatro anos se realiza esta feira. Na verdade não é uma, mas são quatro distintas: 1) A GIFA, dedicada ao mundo da fundição, á a maior delas. Tem um total de 969 expositores, distribuídos em 8 pavilhões; 2) Depois vem a METEC, com 610 expositores e dedicada à indústria do aço e metalurgia, inclusive não ferrosos. Este ano terá uma área especial para a mundo da forjaria. Está distribuída em 3 pavilhões; 3) A NEWCAST tem um total de 424 expositores. Em geral produtores de peças fundidas apresentando seus produtos e soluções na sua área; 4) E por último, mas não menos importante, a Thermprocess. Serão 344 expositores, situados principalmente nos pavilhões 9 e 10. Em paralelo, acontecerão eventos técnicos dedicados a cada uma das feiras. Inúmeras conferencias, seminários e simpósios estão planejados. A listagem de temas é vasta e exige um planejamento cuidadoso para pleno aproveitamento tanto da exposição como das sessões técnicas. Do Brasil participarão 12 expositores distribuídos nas 4 feiras. Número que é maior se considerarmos que um dos expositores é a ABIFA, Associação Brasileira de Fundição,
Industrial Heating
que normalmente apresenta em seu stand vários fabricantes brasileiros. Sem contar os inúmeros representantes brasileiros de empresas expositoras que estarão participando. Pretendo participar pessoalmente todos os dias no evento. A ideia é trazer informações que interessem ao leitor brasileiro. Com a inclusão do Portal Aquecimento Industrial como a mídia digital de nossa empresa, será concentrado neste canal a divulgação imediata das informações enviadas da Alemanha. Posteriormente traremos nas revistas as informações completas. Esta edição apresenta informações sobre a trajetória de um dos maiores fornecedores de fornos e serviços de tratamentos térmicos das Américas: a brasileira Combustol, que completa neste mês 60 anos de existência. Prestamos com satisfação com esta IH nossa homenagem à empresa e a seus dirigentes. E, dentre os artigos que apresentamos nesta edição, um é da Combustol: Shun Yoshida escreve sobre "Tratamento Térmico Para Fixadores Utilizados no Mercado de Geradores Eólicos". Outro artigo é de autoria da Inductotherm e apresenta uma interessante abordagem do momento atual, com o título: "Fortes Oportunidades no Tratamento Térmico por Indução". Por último apresentamos um estudo sobre os "Fundamentos do Teste de Fadiga". Queria aproveitar para informar que passaremos a publicar em nossas edições uma retrospectiva dos últimos eventos realizados, referentes ao escopo da revista, ilustrada com fotos de momentos, participantes e patrocinadores do evento. Iniciando com mais ênfase nesta edição, em que abordamos momentos registrados no VI Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos, realizado em 03 e 04 de Abril na DELPHI Technologies em Piracicaba (SP). Boa leitura!
EDITORIAL BRASIL
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ABR A JUN 2019 11
Indústria & Negócios
Novidades
NOTÍCIAS EXPOMAFE 2019 confirmou a retomada da confiança e dos investimentos da indústria brasileira A EXPOMAFE 2019 – Feira Internacional de Máquinas-Ferramenta e Automação Industrial foi encerrada em 11 de maio, e atingiu a meta de atrair 55 mil visitantes profissionais. A feira aconteceu num momento oportuno e atendeu a necessidade de a indústria nacional continuar modernizando seu parque depois de anos de represamento dos investimentos. Os primeiros movimentos neste sentido já puderam ser sentidos no início deste ano: de acordo com a ABIMAQ (Associação Brasileira da Indústria de Máquinas e Equipamentos), a receita líquida da indústria de máquinas e equipamentos cresceu 6% no primeiro trimestre, na comparação com mesmo período de 2018. Durante cinco dias (de 7 a 11 de
maio), 750 marcas nacionais e internacionais apresentaram suas inovações em automação industrial, robótica, manufatura aditiva, prototipagem e impressoras 3D, equipamentos hidráulicos e pneumáticos, máquinas e equipamentos para o setor metalmecânico, máquinas-ferramenta, soldagem e corte, e muito mais. Entre tantas inovações, José Velloso, presidente-executivo da ABIMAQ, destacou o alto grau tecnológico dos produtos e soluções apresentados pelas empresas expositoras. “A cada quadra da EXPOMAFE o visitante encontrou algum tipo de inovação. Tudo que se vê nas grandes feiras internacionais do setor pôde ser visto aqui também. A EXPOMAFE é hoje uma referência em tecnologia industrial na América Latina”, reforçou.
Luciano Micheletto, diretor da LmTerm e Tav; Udo Fiorini; Francesco Micelli, gerente de vendas LATAM da TAV Vacuum Furnaces no stand da empresa na EXPOMAFE
Udo Fiorini e Giovano Ghizoni diretor da Jamo Equipamentos no stand da empresa na EXPOMAFE
Udo Fiorini e Sandro Nunhes Ribeiro, gerente comercial da Inductotherm Group Brasil no stand da empresa na EXPOMAFE
CSFEI - Câmara Setorial de Fornos e Estufas Industriais da ABIMAQ
Aparício Freitas, da empresa Combustol 12 ABR A JUN 2019
Dentro da rotatividade e de dinamização da presidência da CSFEI, Câmara de Fornos e Estufas Industriais, da ABIMAQ, o atual mandato do Sr. Aparício Freitas, da empresa Combustol, estará se findando
Industrial Heating
no meio deste ano. Assim, em Julho próximo os participantes da câmara elegerão o novo presidente para o biênio seguinte, 2019/2021 . Cabe destacar a atuação do atual presidente, implementando a coordenação da câmara em conjunto com os profissionais da ABIMAQ , promovendo integração das empresas do setor e buscando representar os interesses do setor.
Indústria & Negócios
Novidades
INDICADORES ECONÔMICOS NÚMERO DE CONSULTAS 5,0
5,0
4,0
4,0
3,0 2,0
NÚMERO DE PEDIDOS
3,2
3,0
3,8 3,1 2,4
1,0
1,8
1,0 0,0
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0,8
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CARTEIRA
jul a set/18
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FUTURO
5,0 4,0
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0,0
-5,0
2,4
5,0 3,0
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3,0 1,5
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0,0
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2,7 1,9
2,5 1,0
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out a dez/18
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Confira o resultado da pesquisa de opinião feita com os nossos leitores quanto à tendência (de crescimento ou diminuição) dos números do mercado de tecnologias térmicas. Foram feitas as seguintes perguntas aos cadastrados em nosso banco de dados: 1) O número de consultas de clientes mudou de Janeiro a Março de 2019 em comparação com o trimestre anterior? Defina um ponto na escala entre -10 a +10. 2) O número de pedidos de clientes mudou de Janeiro a Março de 2019 em comparação com o trimestre anterior? Defina um ponto na escala entre -10 a +10. 3) Como mudou a sua carteira de pedidos de Janeiro a Março de 2019 em comparação com o trimestre anterior? Defina um ponto na escala entre -10 a +10. 4) Olhando o futuro próximo, na sua opinião, como deve se comportar o mercado da indústria de tecnologias térmicas nos próximos 30 dias? Defina um ponto na escala entre -10 a +10.
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ABR A JUN 2019 13
Indústria & Negócios
Novidades
EVENTOS
VI Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos
N
o começo de Abril foi realizada a sexta edição do Seminário de Processo de Tratamentos Térmicos. Desta vez dentro da fábrica da Delphi em Piracicaba. O setor de tratamentos térmicos da empresa, antes sediado em Cotia na Grande São Paulo, há alguns anos mudou-se juntamente com o restante da fábrica para a já existente planta de Piracicaba. Com mais espaço para crescer, o setor de TT que já havia começado a prestar serviços para o mercado paulista, agora se desenvolveu no interior, e muito. Para festejar esses 20 anos de prestação de serviços ao mercado resolveu-se acolher o Seminário em suas instalações. Assim o evento foi realizado
Fig. 1. Carlos Sartori, Villares Metals; Udo Fiorini e Cristiane Gonçalves, Villares Metals 14 ABR A JUN 2019
Industrial Heating
Fig. 2. Thiago Nogueira, Contemp; Udo Fiorini; Márcio Perticarrari, Welding Soldagem e Inspeções; Alex Mello e José Eduardo Toselli, Contemp
no auditório, com direito a visita ao tratamento térmico. Adimilson Silva, gerente da unidade, e Lauralice Canale, pesquisadora e professora na USP São Carlos foram os coordenadores do evento. Durante os dois dias do seminário foram apresentadas 16 palestras técnicas: - Revenimento: Conceitos e variáveis - Adimilson da Silva - DELPHI, - Análise de Falhas: Cases Automotivos - Jan Vatavuk - Mackenzie, - Sistemas de Combustão de Última Geração para Fornos de Tratamento Térmico por Batelada Lee Rabe – WS Flox Burners (Alemanha), - Tratamento Térmico de Aços Ferramenta de Alto Desempenho – Gusta-
vo Scarpim – Hitachi High Tech Steel, - Simulação do Tratamento Térmico: Previsão e Solução para Microestruturas, Propriedades, Distorções, Trincas e muito mais – Alisson Duarte – 6Pro - JMatPro, - Brasagem a Vácuo de Metais – Luciano Micheletto – TAV - LMTerm, - Como aplicar os requisitos da CQI-9 em processos de tratamento térmico - Ney Apinhanese - Contemp, - Experiência Operacional e Benefícios com Sistemas Modulares de Tratamento Térmico com Atmosfera Controlada – David Howard – Codere (Suiça), - Têmpera à Laser – Sérgio Simões
Indústria & Negócios
Novidades
EVENTOS
Fig. 3. Alexandre Scomparin, Deplhi; Laerte Rodrigues, Unitrat; Marcelo Silva, Engrecon; Claudio Leitão, Supertrat e Udo Fiorini
Fig. 4. Udo Fiorini; Luiz Mendes, Delphi; Sérgio Miguel e Fábio Peron, Prolink Correntes; Adimilson Silva, Delphi
Fig. 5. Udo Fiorini; Lauralice e Antonio Carlos Canale, USP São Carlos, Márcio Perticarrari, Welding Soldagem e Inspeções
- Oxipira, - Tratamento Térmico a Vácuo versus Banho de Sal – Luciano Lobo Tecnotempera, - Brasileiros em Tratamentos Térmicos no Exterior – Carlos Sartori – Villares Metals (Voestalpine Canadá), - Abordagem Orientada à Soluções em Controles de Nitretação / Nitrocarbonetação – Marcio Boragini – UPC – United Process Controls, - Efeito do Tratamento Térmico de Têmpera e Revenimento em Aços Ferramenta – Cristiane Sales Gonçalves – Villares Metals, - Nitretação a Plasma de Aços Inoxidáveis – Carlos E. Pinedo – Heat Tech (RÜBIG – Fornos Industrial Heating), - Técnicas não Convencionais de Têmpera para Aços Automotivos – Lauralice Canale – USP São Carlos, - A melhor solução em termopares para processos industriais de tratamento térmico. Análise de Imersão, Inserção,
Inspeção de Temperatura, Tipos de Sensores e Proteção – José Eduardo Toselli - Contemp. O evento foi realizado pelo Grupo Aprenda e teve o patrocínio Diamante da DELPHI Technologies, Ouro da LMTerm, TAV Vacuum Furnaces e Contemp. Patrocínios Prata foram oferecidos pelas empresas Hitachi HighTech; Codere, representados no Brasil pela TecProPro; ECM e Rübig, repre-
sentadas no Brasil pela Fornos Industrial Heating; e UPC – United Process Controls. Patrocínio Bronze da empresa EltroPuls, representada no Brasil por Ronaldo Pegorer. O evento teve o apoio do CNPq e foi finalizado com uma saudação de Marcelo Rezende, gerente de operações da DELPHI Technologies. O próximo Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos deve acontecer em 01 e 02 de Abril de 2020.
Fig. 6. Ronaldo Pegorer, EltroPuls; Carlos Eduardo Pinedo, Heat Tech e Udo Fiorini
Fig. 7. Luciano Micheletto e Leonardo Micheletto, TAV e LMTerm
Fig. 9. Udo Fiorini; Antonio Martins, First Fornos; Luiz Braga, Combustol Tratamento de Metais
Fig. 8. David Howard, Codere; Eric Jossant, UPC United Process Controls; Udo Fiorini Industrial Heating
ABR A JUN 2019 15
EDUCAÇÃO & PESQUISA
Desafios e Oportunidades na Engenharia
T
Centro Universitário FACENS (11) 4353-2900/ 3274-5200 www.fei.edu.br
ANTONIO CARLOS GOMES Mestrado em Processos Industriais pela IPT. MBA em Gestão Empresarial, Fundação Getúlio Vargas. Graduação em Engenharia Metalúrgica, Faculdade de Engenharia Industrial. Coodenador de Engenharia Mecânica pelo Centro Universitário FACENS de Sorocaba
16 ABR A JUN 2019
ema recorrente ao longo do tempo, mas hoje cada vez mais presente. Quais são os desafios e oportunidades em um cenário de interações de via tecnológica, digital, indústria 4.0, sociedade 5.0 adicionado de várias interações de mídia, aplicativos, redes sociais em uma dinâmica acelerada, complexa e que preenche todas nossas horas e dias? Estamos na educação em engenharia preparados ou em vias de termos profissionais conectados à estas demandas? Vimos já nesta coluna que não só a preocupação é patente como também há que se louvar a revisão das Diretrizes Curriculares Nacionais (DCNs) dos cursos de Engenharia em que o contexto citado se faz presente, bem como O espaço aqui aberto. Até então em maior ou menor escala, diz-se que ao profissional da engenharia era necessário o conhecimento geral e específico de sua área de atuação para entrada mínima ao mercado de trabalho, já concomitante em própria escala de desenvolvimento temos a experiência necessária com adição de habilidades. Da mesma forma entram coeficiente intelectual e mais forte agora o coeficiente emocional; cabe aqui uma referência ao Seminário Internacional de Engenharia Mecânica de março deste ano efetivado no Centro Universitário FACENS (https://www.jornalcruzeiro.com.br/sorocaba/ facens-promove-seminario-internacional-deengenharia-mecanica/ ) em que em formato de Talk Show reuniram-se gestores de RH, engenharia, P&D, produção e consultores da área e uma máxima discutida e unanimemente vista é de que “se contrata pelo conhecimento e desliga-se o profissional por deficiência em competências emocionais”. Então algo não só está diferente como presente nas empresas, há a demanda por inovação, criatividade, empreendedorismo, constância somente para citar entre algumas
Industrial Heating
características necessárias e de maior urgência. A Fig. 1 representa um pouco do que em geral já temos na superfície e que há um bom espaço para desenvolvimento. Então Qual a Ação? Ainda como dados de entrada, advindo dos relatórios do “World Economic Forum” vimos em sua última versão com dados adequados também ao Brasil que as habilidades enxergadas para já curto prazo são: pensamento analítico/ inovação, aprendizagem ativa, criatividade, originalidade e iniciativa, design para tecnologia e programação, análise crítica, resolução de problemas complexos, liderança e influência social, inteligência emocional, ideação, para citar os principais. Vale a pena visitar o site https://www.weforum.org/ para entrar no detalhes. Vindo pelo Brasil, indico visita em https://www.industria40.ind.br/artigo/18123 em que se coloca uma pesquisa recente com boa abrangência as necessidades desafios com resultado principal de acordo com o título da mesma “Formação de pessoas capacitadas é desafio para o desenvolvimento da Indústria 4.0 no Brasil”. Então Voltamos, Qual a Ação? Tive recentemente a oportunidade de visitar algumas instituições de Ensino Superior na área de Engenharia de ponta tanto no Brasil como no Exterior e há sim uma boa notícia, temos sim muito boas práticas e agora endossadas pela DCNs citadas. Gostaria de citar aqui exemplos de boas práticas no Centro Universitário FACENS em Sorocaba (SP), são núcleos de desenvolvimento abrangentes em consonância àquelas habilidades descritas e representação na figura colocada. Há a interação dos alunos em projetos aplicados, integração às empresas e projetos sociais de maneira a desenvolver um profissional
EDUCAÇÃO & PESQUISA Mercado Complexidade Ameaças Conhecimento Geral e Específico
Experiências
Inovação
Constância
Habilidades Coeficiente Intelectual e Emocial Criatividade Empreendedorismo
Fig.1. Demonstração das características disponíveis para desenvolvimento
cidadão preparado para os desafios de seu dia a dia e para o futuro. Citando aqui o Smart Campus que é um laboratório vivo, que busca solucionar problemas reais, conectando a comunidade acadêmica, mercado e sociedade, por meio de projetos que tornam as cidades mais humanas, inteligentes e sustentáveis, o LIS Facens - Laboratório de Inovação Social que propicia experiências para despertar o potencial humano e cidadão, o FACE - Facens Centro de Empreendedorismo que trabalha
de forma a despertar a inovação, criatividade e empoderamento por meio da educação empreendedora, o Fab Lab Facens que é um espaço de ideação, aprendizado, compartilhamento e fabricação de inovação social, digital e econômica, o LINCE Facens Laboratório de Inovação e Competições de Engenharia onde os alunos Facens aplicam conhecimento e desenvolvem projetos mão na massa para aprender fazendo e participar de competições sendo um estimulador de estudos e projetos extracurriculares, pesquisas,
extensão acadêmica, competições tecnológicas, gerando conhecimento e experiência prática para o estudante da Facens em projetos como SAE Combustão, Elétrico, Baja, Aerodesign, dentre outros já com reconhecimentos nacionais e internacionais. Também nestas iniciativas de interação e desenvolvimento o Departamento de Relações Internacionais que cria oportunidades para a promoção de conhecimento e liderança em contexto global. Centros/Laboratórios em fase com as tendências mundiais como por exemplo o de Manufatura avançada 4.0 (em parceria com Instituto Fraunhofer – Alemanha) que já é referência tendo atendido em seus seis primeiros meses de utilização mais de 650 alunos e representantes de empresas. Enfim, a ação em função das demandas da e na engenharia vai ao encontro do maior desafio que é este profissional almejado e preparado não somente nas competências técnicas, mas em suas competências emocionais que até há alguns anos se diziam não tão necessárias ao profissional de engenharia. Boa leitura!
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Industrial Heating
ABR A JUN 2019 17
COMBUSTÃO
Uso de Oxigênio na Combustão
N
FERNANDO CÖRNER DA COSTA fcorner@uol.com.br Doutor em Energia pela USP, Mestre em Engenharia de Processos Químicos e Bioquímicos pela Mauá, Eng. de Segurança pela UERJ e Eng. Mecânico pela PUC-RJ, consultor sênior da ULTRAGAZ.
18 ABR A JUN 2019
a grande maioria dos casos de combustão, o comburente utilizado é o oxigênio existente no ar atmosférico, cuja composição volumétrica é: 78,09% nitrogênio; 20,94% oxigênio; 0,93% argônio; 0,03% gás carbônico; e o restante traços de gases raros [1]. Portanto, para se aproveitar o oxigênio do ar introduz-se na combustão 79,06% de gases não comburentes ou inertes. Ainda assim, considerando ar como uma matéria prima disponível, há viabilidade em utilizá-lo como comburente. Dependendo das exigências dos queimadores, há o custo inerente à alimentação do ar como energia para acionamento de ventiladores e de compressores. Outra possibilidade é o enriquecimento da atmosfera de combustão com oxigênio; na medida em que um volume de oxigênio puro seja acrescentado, podem-se reduzir os cinco volumes de ar que contem um volume de oxigênio. O resultado desse enriquecimento com oxigênio é a redução do volume de gases inertes, os quais constituem apenas uma carga adicional a ser aquecida. Assim, a chama pode atingir temperaturas de chama mais elevadas, aumentando a eficiência de combustão e a produtividade do processo. Uma opção mais radical seria a utilização de apenas oxigênio em substituição total ao ar de combustão. Desta forma, a chama pode atingir temperaturas muito mais elevadas do que nas opções anteriores, culminando em significativos aumentos das eficiências de combustão e da produtividade. Porém a viabilidade econômica geralmente só se verifica em processos de altas temperaturas como fusão de vidro e de metais, preaquecimento para forjamento e laminação, calcinação e outras. O fornecimento de oxigênio para combustão em processos industriais pode ser feito sob duas modalidades: a compra de oxigênio líquido de empresas produtoras de
Industrial Heating
“ ...na medida em que um volume de oxigênio puro seja acrescentado, podem-se reduzir os cinco volumes de ar que contém um volume de oxigênio.” gases do ar; ou, então, a produção própria através de plantas conhecidas como PSA – Pressure Swing Adsorption e VPSA – Vacuum Pressure Swing Adsorption, que fazem uma filtragem molecular do ar retendo as moléculas de nitrogênio. Embora existam plantas que atinjam teores mais elevados, as PSAs e VPSAs convencionais produzem oxigênio com teores entre 92 e 95%, suficientes para atingir os objetivos, com um custo satisfatório tanto em CAPEX como em OPEX. No enriquecimento do ar de combustão, o oxigênio é diluído na corrente do ar de combustão elevando sua concentração de 20,9 para 24-25%, podendo em casos extremos atingir valores próximos a 30%. Nesta faixa de enriquecimento não é necessária a utilização de queimadores especiais. Outra forma de enriquecimento do ar é a lança subchama, onde o oxigênio é insuflado diretamente na chama através de uma lança externa ao queimador, geralmente posicionada entre a chama e a carga a aquecer, prática essa muito empregada em fornos rotativos de calcinação. Já no caso da oxi-queima, todo o ar de combustão é substituído por oxigênio, o que exige queimadores especiais, refrigerados a água ou de corpo cerâmico para suportar as elevadas temperaturas desenvolvidas pela chama, da ordem de 2.700°C na condição adiabática com gás natural e GLP, e de 2.800°C com óleos combustíveis. Os resultados do uso do oxigênio estão
COMBUSTÃO CURVAS 1 e 2 Nm3 /kg óleo 13
CURVAS 3e4 %
CURVA 1 Produtos de combustão
12 11
CURVA 3 Eficiência de combustão
10
100
9
90
8
80 70
7 CURVA 4 Economia de combustível
6 5
60 50
4
40
3
30
2 CURVA 2 Oxigênio adicional
1 21
40
60
80
100
Teor de oxigênio no comburente (%) Fig. 1. Parâmetros da combustão [2]
representados na Fig. 1, para o caso de óleo combustível pesado onde a temperatura dos produtos da combustão deixem de trocar calor com o processo a 1.000°C e o comburente esteja a 25°C. Note-se: na medida em que o teor de oxigênio no comburente se eleve de 21 a 100%, a vazão dos produtos da combustão cai drasticamente devido à redução do teor de nitrogênio no comburente, associado à economia de combustível. Resultados análogos ocorrem com os demais derivados de petróleo como o gás natural e o GLP. Além disso, o uso de oxigênio na combustão costuma aumentar a produtividade dos processos térmicos de aquecimento e fusão, devido a uma mais intensa troca de calor entre a chama e a carga. Essa oportunidade deve sempre ser analisada quando se procura aperfeiçoar processos térmicos industriais de alta temperatura.
20
Referências
10
[1] L’AIR LIQUIDE Division Scientifique, Gas Encyclopaedia, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 2002, Page 61. [2] CÖRNER DA COSTA, F., Perspectivas da incineração de resíduos de serviços de saúde com o uso de atmosferas ricas em oxigênio, dissertação de mestrado, Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do Sul – SP, 2007, pág. 62.
HEF DURFERRIT | Tecnologia para Especialistas.
Inovação que você pode confiar. Especialista em tribologia e engenharia de superfície, há quase um século a HEF DURFERRIT desenvolve e comercializa tecnologias que fazem a diferença quando o assunto está relacionado à redução do atrito e à otimização das resistências ao desgaste, fadiga e corrosão de componentes. O sucesso deste trabalho é essencialmente fruto do direcionamento estratégico da empresa, que tem origem e foco em pesquisa e inovação, impulsionadas por um dos maiores laboratórios de estudos tribológicos do mundo, o IREIS (Instituto de Pesquisas em Engenharia de Superfícies). Nossas tecnologias são aplicadas em diversas indústrias, tais como: automobilística, aeronáutica, metalúrgica, agrícola, entre outras.
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Industrial Heating
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SIDERURGIA
O Tratamento Térmico na Siderurgia
O
ANTONIO AUGUSTO GORNI agorni@iron.com.br www.gorni.eng.br Engenheiro de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (1981); Mestre em Engenharia Metalúrgica pela Escola Politécnica da USP (1990); Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual de Campinas (2001); Especialista em Laminação a Quente. Autor de mais de 200 trabalhos técnicos nas áreas de laminação a quente, desenvolvimento de produtos planos de aço, simulação matemática, tratamento térmico e aciaria.
20 ABR A JUN 2019
tratamento térmico é considerado pela grande siderurgia como sendo um mal necessário, pois implica em altos investimentos em equipamentos e custos adicionais na manufatura dos produtos. Mas, muito embora ele já tenha sido substituído por outras rotas de fabricação em vários casos, em outros ele se tornou essencial, como será visto a seguir. Uma parte significativa dos produtos siderúrgicos planos passa por tratamento térmico na própria usina. Já no caso dos produtos longos (ou não-planos) é mais comum que eles sejam tratados termicamente pelos clientes que processam esse material nas suas operações de manufatura. O tratamento térmico já foi mais importante na produção de produtos planos laminados a quente. No passado, apesar do processamento desses aços ocorrer no estado austenítico, por falta de tecnologia de instrumentação e conhecimento metalúrgico era mais comum que a laminação ocorresse sem um controle preciso de temperatura, mantendo-se o foco em máxima produtividade e ausência de defeitos. O eventual uso de resfriamento forçado com água no final da laminação tinha como objetivo principal a aceleração do processo, e não o beneficiamento do produto. Caso houvesse necessidade de atender faixas específicas de propriedades mecânicas, as chapas eram submetidas a tratamentos térmicos de normalização, têmpera, ou têmpera e revenido, conforme o caso. A crise energética dos anos 1970 e a superprodução siderúrgica mundial forçaram a otimização desses processos para reduzir seus custos e aumentar a competitividade das usinas. Laminadores mais potentes, com instrumentação avançada e recursos de automação, dotados de sofisticados sistemas de resfriamento acelerado com água ao final
Industrial Heating
do processo, permitem agora que boa parte dos produtos laminados a quente já saia pronta para uso ao final desse processo, sem a necessidade de tratamento térmico posterior. Portanto, os tratamentos termomecânicos, como normalização em linha e têmpera direta, tornaram-se comuns. O revenido ou envelhecimento ainda tem de ser aplicado em fornos off-line, mas muitas vezes a concepção da liga e do processo permite a aplicação de auto-revenido imediatamente após a laminação a quente, dispensando a etapa adicional em forno. Portanto, somente em alguns poucos casos mais sofisticados continuou havendo a exigência de tratamento térmico posterior das chapas grossas, usando fornos contínuos com atmosfera controlada e dotados de máquinas de têmpera com jatos de água. Contudo, neste caso o custo – e, obviamente, o preço – do produto aumenta significativamente, além de sua produção ser restrita em função da capacidade dos fornos. No caso dos laminados planos a frio não há como evitar o tratamento térmico posterior de recozimento, já que o material torna-se extremamente duro e frágil após ter sua espessura fortemente reduzida sob temperaturas próximas da ambiente, o que o torna inadequado para as operações de conformação mecânica nos clientes. Contudo, o avanço verificado na tecnologia da laminação de tiras a quente logrou reduzir a espessura de seus produtos de 2 mm para 1 mm de espessura, permitindo seu avanço sobre parte do mercado que, anteriormente, era exclusivamente atendido pela laminação a frio. É claro que os produtos planos laminados a quente apresentam qualidade superficial pior, em função da maior rugosidade superficial dos cilindros de trabalho e da formação de carepa durante o processo, além de menor precisão dimensional. Contudo, a supressão da laminação a frio e posterior recozimento reduz
SIDERURGIA consideravelmente o preço do produto, e muitos clientes já se satisfazem com a qualidade das tiras a quente extrafinas e pagam um preço menor por elas. Contudo, produtos mais finos e/ou com características de estampabilidade mais complexas continuam sendo laminados a frio e, posteriormente, recozidos de forma a apresentar propriedades adequadas a seus clientes. O processo mais antigo de recozimento, em caixa ou campânula com atmosfera protetiva, processa lotes de bobinas a frio. Ele ainda é muito usado, mas apresenta baixa produtividade, já que os filmes de ar entre as espiras das bobinas retarda consideravelmente a transferência de calor entre elas, fazendo com que esse processo dure dias para ser completado. Nas últimas décadas surgiu o processo de recozimento contínuo, que é bem mais rápido. Neste caso, a bobina a frio é continuamente desbobinada e a tira, deslocando-se sob velocidade constante, é processada num forno sob atmosfera controlada. Neste caso, uma vez que a fina tira é exposta diretamente à fonte de calor, o processo de recozimento torna-se muito mais rápido. O grande inconveniente deste método é o custo extremamente elevado da instalação, que requer grande investimento de capital e, portanto, impõe a existência de alta demanda por
esses produtos. Mas o gasto vale a pena: este tipo de forno também permite a austenitização do produto seguida da aplicação de sequências de resfriamento ou mesmo têmpera complexas, viabilizando a fabricação dos modernos aços AHSS (Advanced High Strength Steel), que apresentam microestruturas peculiares que permitem conciliar ao máximo duas características contraditórias dos materiais: resistência mecânica e conformabilidade a frio. Os aços elétricos, usados na manufatura de núcleos de transformadores e armaduras para motores elétricos, também requerem condições específicas de recozimento, inclusive ainda na forma de bobinas a quente. Também na laminação de produtos longos a aplicação de tratamentos termomecânicos é bem mais comum do que os tratamentos térmicos, como o uso de resfriamento acelerado para têmpera superficial ao final do processo no caso da laminação a quente de vergalhões para construção civil, ou para refino do tamanho de grão no caso de fios e perfis. Contudo, em alguns casos, são aplicados tratamentos posteriores de normalização, e mesmo esferoidização, como no caso de fio-máquina a ser submetido a operações de forjamento a frio.
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SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Aos Deuses do Tratamento Térmico
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exemplo o disco mostrado na Fig. 1. Trata-se de uma peça delgada e altamente susceptível a distorções, especialmente se cementada e temperada. São inúmeros os fatores que influenciam na qualidade dimensional pós tratamento, incluindo composição química, homogeneidade microestrutural, parâmetros de forno, perfil da camada cementada, ALISSON DUARTE temperatura de austenitização, tamanho de grão austenítico, características da carga a ser alisson@sixpro.pro tratada termicamente, meio de resfriamento, Atua no setor de Engenharia da agitação do banho, temperatura do banho, SIXPRO Virtual&Pratical Process. entre outros. É também professor do Dep. de Eng. de Materiais da UFMG e do Mas será que não é possível estabelecer Dept. de Eng. Metalúrgica da PUC uma metodologia para a redução de defeitos Minas. Possui Pós-Doutorado em no tratamento térmico sem a necessidade Metalurgia da Transformação. de se ter que descobrir os problemas em tryout ou, normalmente, durante o próprio processo de tratamento térmico? Será que não é possível deixar o processo mais robusto, absorvendo as variáveis de entrada e eliminando ou reduzindo os defeitos nas peças? Ou será mesmo que uma das opções do tratador, a cada novo lote de material e peças, é contar com a ajuda dos deuses do tratamento térmico? Através da simulação computacional é possível variar as condições e os parâmetros de processo, encontrando tendências de redução dos defeitos. Um defeito típico de discos b) a) temperados está mostrado na Fig.2 (a). As condições Fig. 1. (a) Geometria CAD do disco e sua respectiva (b) malha por elementos finitos de processo foram alteradas virtualmente, resultando na peça mostrada na Fig. 2 (b). Assim, a mesma tendência de redução de defeito pode ser obtida na prática, b) a) implementando-se as mesmas Fig. 2. Simulação do (a) defeito típico de distorção em discos temperados e da sua (b) eliminação através da modificações consideradas na modificação de parâmetros simulação. roduto novo. Material novo. Não, novo não, mas de uma corrida nova. Distorceu. Trincou. Hora extra. Eu tinha um jantar hoje. Vai atrasar a entrega. Deu prejuízo. E se eu for pra casa, vão me ligar. Amanhã eu vou rezar antes de chegar. Que as peças tratadas não tenham apresentado defeitos. É refugo? Será que dá pra endireitar? Entre os dois tipos de tratadores térmicos, sendo eles os cativos e os prestadores, existe uma tendência de maior sofrimento para a realização do processo do tratador térmico prestador. Seja um eixo, uma engrenagem, um tubo, um disco, um conjunto soldado ou outra peça qualquer, ter o controle integrado de todo o processo (cativos) tem seus benefícios em relação a condições de processos estratificados (prestadores). Entretanto, o processo estratificado, terceirizando as etapas de fabricação, incluindo o tratamento térmico, é realizado por viabilizar economicamente todo o negócio. Não estou dizendo que os cativos não possuem defeitos, mas apenas dizendo que o prestador precisa dar mais “pulos” para entregar o produto dentro das especificações. Consideremos uma peça qualquer, como por
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PESQUISA E DESENVOLVIMENTO
Os Rumos da Estampagem de Aços Automotivos
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MARCO ANTONIO COLOSIO marcocolosio@gmail.com Diretor da Regional São Paulo da SAE BRASIL. Engenheiro Metalurgista e Doutor em Materiais pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-USP, pós doutorado pela EESC-USP. Professor titular do curso de Engenharia de Materiais da Fundação Santo André e professor da pós graduação em Engenharia Automotiva do Instituto de Tecnologia Mauá. Colaborador e associado da SAE BRASIL com mais de 30 anos de experiência no setor automotivo nos campos de especificações de materiais, análise de falhas, P&D e inovações tecnológicas.
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aros leitores, pretendo discutir um tema que tem sido muito debatido dentro dos fóruns do Programa Brasileiro Rota 2030 [1], pelo fato de tratarse de um segmento que mais foi prejudicado nas últimas décadas, isto é, as ferramentarias, principalmente as que tratam de moldes e estampos. Durante anos, presenciamos a falência desta área devido à falta de incentivos governamentais e o agravante da entrada de produtos importados em nosso mercado com menor custo. A situação desesperadora pode ser resumida em duas frentes, como a falta de um parque fabril qualificado no Brasil e ainda a ausência de know how local para atender a demanda Global para os novos produtos. Diante de tantas dificuldades e a clara necessidade de investimentos neste campo, parece que “chegou a hora” e ainda eu diria, se tem um tema em destaque no Brasil, este está entre os mais importantes. Para entender este cenário, abordarei a parte que realmente carece de mais P&D. Em frente das necessidades e pelos apoios recentes, o segmento de estampagem de peças automotivas está iniciando sua plena ascensão, na procura de processos mais baratos, rápidos e eficientes sem deixar de lado a qualidade do estampado. Para entender esta situação, temos que focar no hoje e no amanhã. Os aços de alto desempenhos exigem muito das ferramentas, pelo fato de quase sempre estarem associados a problemas de qualidade no produto e também na limitação de formas dimensionadas nos projetos diante da dificuldade de conformação mecânica. O aumento crescente da exigência de condições de segurança nos veículos, tratados pelas novas leis de impactos laterais, condições
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“Lembrando que, já começamos esta corrida aqui no Brasil, porque alguns dos principais pilares do Programa Brasileiro da Rota 2030.” específicas para os tipos de colisões frontais, laterais e encapotamento [2,3] , são os que mais impulsionam estes novos aços e novos processos, todavia a limitação operacional de ferramentas e também seu tempo de vida andam em lados opostos. Localmente em nosso país, temos uma missão constante para produzir peças estampadas em menos etapas durante sua conformação, reduzindo significativamente os custos de projetos e este fato ainda adiciona mais dificuldades e tem agravado a vida útil do ferramental e também na geração de refugos de peças. Diante de todo este universo, ainda tem uma disputa acirrada entre a estampagem a frio e estampagem a quente para a escolha da rota de beneficiamento de aços de alta resistências, principalmente os aços acima de 1000 MPa. Atualmente, há uma preferência aos processos de estampagem a quente mesmo com todos os problemas de ferramental, custos e o know-how envolvidos, porém este cenário convergirá no futuro próximo ao equilíbrio para as duas técnicas, com tendência para preferenciar a conformação a frio, porém, muito desenvolvimento ainda precisa ser feito nos processos e nos ferramentais, sem contar na melhoria contínua da capacidade de estampabilidade destes novos aços. Para estes estudos de conformação
PESQUISA E DESENVOLVIMENTO mecânica, a tribologia tem sido uma ciência que mais ajuda a entender e a superar os desafios destes processos, sendo muitos deles presentes nas superfícies dos materiais, como a rugosidade e revestimentos. Atualmente, a maior parte dos aços estampados a frio são revestidos com zinco através de imersão a quente ou eletrogalvanizado e outros revestidos com Al-Si para estampagem a quente, todavia existe outras opções de revestimentos com Zn-Fe e Mg-Zn que entram na disputa para estes dois processos. Para qualquer que seja a rota escolhida, a decisão do tipo de revestimento também precisa estar associada com a resistência a corrosão do produto final. Resumindo esta questão, ilustro o desempenho, qualidade e custo do produto, escolha do aço, revestimento e etapas de conformação mecânica como as inúmeras variáveis que qualificam claramente a dificuldade deste campo e suas oportunidades de inovação [4]. Todo esforço dentro deste cenário será muito importante para atingirmos a melhores práticas para aplicarmos as melhores rotas dentro das etapas de projeto e desenvolvimento de um veículo, como exemplos: constante diálogos precisam ocorrer entre estampeiros, usinas e montadoras; sem contar da necessidade de avanços tecnológicos dentro dos centros de P&D, no sentido de oferecer o conhecimento necessário para
o avanço neste segmento e por fim, atingirmos o estado da arte para esta tecnologia. Lembrando que, já começamos esta corrida aqui no Brasil, porque alguns dos principais pilares do Programa Brasileiro da Rota 2030, assinado recentemente pelo Governo Federal, referenciam os moldes e a manufatura avançada e ainda durante a edição desta revista, estão em análises no governo e Comitê Gestor diversas propostas de PPPs (Programas de Projetos Prioritários) e parte delas abordam estudos de ferramentas através dos incentivos fiscais advindos das montadoras [5], portanto, precisamos apenas entender os problemas, construir estratégias e planejamentos e, por fim, a execução. Boa sorte! Referências [1] https://www.rota2030.com.br/ [2] http://www.denatran.gov.br/index.php/contran [3] https://www.latinncap.com/po/ [4] https://pt.linkedin.com/pulse/o-futuro-das-ferramentarias-desafios-dos-gestores-de-ant%C3%B4nio [5] http://http://www.mdic.gov.br/index.php/competitividade-industrial/setor-automotivo/projetos-e-programas-prioritarios/2-uncategorised/3890-propostas-ppp)
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Software de Simulação (Parte III: Nitretação e Nitrocarbonetação)
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DANIEL H. HERRING +1 630-834-3017 dherring@heat-treat-doctor.com
or último, mas certamente não menos importante, como diz o ditado, é nossa discussão de simuladores de processo de nitretação a gás e nitrocarbonetação e como eles são usados para prever e controlar esses processos de endurecimento de camadas. Vamos aprender mais. Hoje, esses simuladores estão disponíveis em vários fabricantes de equipamentos originais e instituições acadêmicas com o objetivo de determinar os parâmetros do processo de nitretação (ou seja, receitas de ciclo) necessários para obter uma determinada profundidade de caso, prever a composição da camada composta e antecipar a dureza da superfície final e núcleo, bem como a distribuição de dureza em toda a camada. Principais Desafios As simulações de nitretação são fortemente influenciadas por duas pré-condições: composição do material (efeito dos elementos de liga na atividade de nitretação, solubilidade, limites de fase e coeficientes de difusão) e microestrutura anterior (isto é, dureza do núcleo e microes-
Fig. 1. Tela de saída do simulador de nitretação a gás na composição da camada composta e difusão / precipitação - crescimento da camada (cortesia da United Process Controls) 26 ABR A JUN 2019
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trutura impactando o aumento final da dureza superficial, a dureza do núcleo e a distribuição final de dureza) produzidas por tratamentos térmicos anteriores, como operações de recozimento, normalização, austenitização e têmpera, ou têmpera e revenimento. Uma das razões pelas quais a microestrutura anterior é tão importante é que os simuladores precisam determinar a quantidade de formadores de nitreto não ligados como carbonetos. Os processos de nitretação são idealmente realizados em aços temperados e revenidos. O revenimento é realizado a uma temperatura de pelo menos 10°C acima da temperatura de nitretação. Os simuladores (e a maioria das especificações) normalmente calculam a distribuição de dureza e a profundidade da camada. A profundidade da camada é definida como a dureza do núcleo mais 50 HV. Os simuladores também precisam determinar mudanças de dureza durante a nitretação. Isso é feito supondo-se que os efeitos de suavização que ocorrem com o aumento da temperatura são semelhantes aos efeitos de revenimento. Outros fatores que influenciam os modelos do simulador (e envolvem uma compreensão profunda da cinética e da termodinâmica) são a nucleação, o crescimento e a composição da camada composta, o crescimento da camada de difusão / precipitação e a distribuição final da dureza. Esses fatores são incorporados na saída dos vários simuladores (Fig. 1) com base no trabalho de indivíduos notáveis como Sun e Bell (teoria da nucleação[4]), Hosseini, Ashrafizadeh e Kermanpur (composição e crescimento da camada composta[5]), Fick (modelagem de difusão) e Kunze (crescimento da camada de precipitação[6]). Embora além do escopo deste artigo, o leitor é encorajado a
DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO de nitrogênio gasoso observando o diagrama de ferro-nitrogênio-carbono (Fig. 3) a uma temperatura específica do processo e ajustando os diagramas para combinar com o aço em questão usando coeficientes de atividade apropriados.
Fig. 2. Tela de saída do simulador de nitrocarbonetação ferrítica típica com base nas considerações do diagrama de fases de ferro-nitrogênio-carbono (cortesia da United Process Controls)
revisar esses artigos para aprofundar sua compreensão de como esses fatores desempenham um papel no funcionamento interno desses simuladores.
Simuladores de Nitrocarbonetos Ferríticos Simuladores para nitrocarbonetação ferritica (Fig. 2) são tipicamente adotados a partir de seus simuladores
Controle do Processo O controle de um processo moderno de nitretação a gás (Eq. 1) é baseado no diagrama de Lehrer modificado[7], relacionando o potencial de nitretação aos limites da fase ferro-nitrogênio em função da temperatura[11]. O controle de um processo moderno de nitrocarbonetação (Eq. 2) é baseado no diagrama de controle Fe-NC, exibindo Fe2-3NC epsilon (ε) dependendo da temperatura, potencial de nitretação (KN) e potencial de cementação (KC) como mostrado na
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DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO na modelagem de tratamento térmico. A realização desse objetivo está mais perto do que nunca. Como tal, o tratador térmico precisa abraçar e usar essas ferramentas de simulação em seu trabalho diário. Reconhecimento O escritor - com grande orgulho e humildade - gostaria de agradecer ao bom amigo Dr. Karl-Michael Winter por suas contribuições para este artigo; seu compromisso inabalável com o avanço da tecnologia de nitretação / nitrocarbonetação a gás em toda a indústria de tratamento térmico; e suas muitas palestras, trabalhos e discussões ao longo dos anos. Referências [1] Herring, Daniel H., Atmosphere Heat Treatment, Volume I, BNP Fig. 3. Diagrama de controle de ferro-nitrogênio-carbono
Media, 2014 [2] Winter, Karl-Michael, “Simulation of Nitriding Process,” United
Fig. 3.
Process Controls [3] ASM Handbook, Volume 4a, Steel Heat Treating Fundamentals and Processes, Jon L. Dossett and George E. Totten (Eds.), ASM International, 2013, pp. 647-679 [4] Bell, T., “Controlled nitriding in ammonia hydrogen mixtures,” Heat Treatment, Vol. 73, 1975, pp. 51-57 [5] Hosseini, J.S.R., F. Ashrafizadeh and A. Kermanpur, “Calculation
Arquitetura Aberta - Opinião de um Homem As empresas individuais e instituições de pesquisa que investiram tempo, dinheiro e esforços consideráveis no desenvolvimento desses simuladores devem ser complementadas, mas os pacotes de software comercialmente disponíveis executados em computadores desktop ou laptop são necessários para sua adoção e uso mais amplos. Resumo Nesta série de artigos recentes, apresentamos a ideia à comunidade de tratamento térmico de que os simuladores de processo não apenas existem, mas podem ser usados para predições altamente precisas de receitas de processo e para antecipar a estrutura metalúrgica (e, em última análise, as características de desempenho) do processo das peças sendo executadas. Os simuladores de nitretação e nitrocarbonetação não são menos capazes do que suas contrapartes de cementação. Pesquisas da indústria de tratamento térmico conduzidas pela ASM International no final dos anos 90 e início dos anos 2000 delinearam uma série de oito objetivos-chave da indústria, um dos quais foi a previsão de resultados com base 28 ABR A JUN 2019
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and Experimentation of the Compound Layer Thickness in Gas and Plasma Nitriding of Iron,” Iranian Journal of Science and Technology, Transaction B: Engineering, Vol. 34, No. B5, 2010, pp. 553-566 [6] Kunze, J., “Nitrogen and Carbon in Iron and Steel – Thermodynamics,” Phys. Res., Vol. 16, Akademie-Verlag, 1990 [7] Małdzin´ski, L., “Termodynamiczne, kinetyczne i technologiczne aspekty wytwarzania warstwy azotowanej na želazie i stalach w procesie regulowanego azotowania gazowego,” Praca habilitacyjna, 2003 (in Polish) [8] Małdzin´ski, L. and L. Kunze, “Equilibrium Between NH3/H2 and Nitrogen in ε Phase of Iron-Nitrogen System,” Steel Research, 1986. 12: pp. 645-649 [9] Yang, M., R. D. Sisson, Jr., B. Yao and Y. H. Sohn, “Simulation of the Ferritic Nitriding Process, Int. Heat Treat. Surf. Eng., Volume 5 (No. 3), 2011, pp. 122-126 [10] Yang, M., “Nitriding – Fundamentals, Modeling and Process Optimization,” PhD Dissertation, Worcester Polytechnic Institute, 2012 [11] 1Herring, Daniel H., “Gas Nitriding – Something Old, Something New,” Industrial Heating, August 2017 [12] Weissohn, K.H. and K.-M. Winter, “Nitrieren – Nitrocarburierem,” Gaswärme Int. Vol. 8, 2002, pp. 328-336 (in German)
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COMBUSTOL: 60 ANOS DE TECNOLOGIA PARA O BRASIL
A
história do Grupo Combustol/Metalpó teve início há 60 anos. Nela está embrenhada a vida dos engenheiros Paulo e Thales, mas também de outros diversos profissionais especializados, de vários segmentos industriais, de investimento da evolução tecnológica brasileira, da geração de renda de um país, enfim, essas seis décadas contam não só, a vida longínqua de um grupo de empresas inovadoras, mas sim, a vontade e o compromisso de um grupo de pessoas e de fatos que constroem o desenvolvimento de um país. Se pensarmos que uma empresa nasce de um sonho, um dia o engenheiro e General Paulo - o Dr. Paulo Lobo Peçanha - sonhou! (Fig.1.). Um sonho tímido que cresceu a cada dia e se transformou na Combustol. Vamos acompanhar essa notável trajetória. O fluminense Dr. Paulo Lobo Peçanha, formado em engenharia pelo reconhecido Instituto Militar de Engenharia (IME) e Oficial das Forças Armadas, teve a oportunidade de trabalhar como adido militar e acompanhado
Fig. 1. Engenheiro e General Paulo Lobo Peçanha (Fundador da Combustol)
de sua família, passa mais de dois anos na Europa, com o objetivo de estudar novas tecnologias militares para o Exército Brasileiro. Naquele momento, ele adquiriu conhecimento em tecnologia na fabricação de canhões, consequentemente aprendeu muito sobre as ligas especiais produzidas em fornos e seus processos de fabricação. Ao aposentar-se, muda para a cidade de São Paulo, e com todo o seu amplo conhecimento e muito empenho, funda no dia 10 de abril de
Fig. 2. Primeira logomarca da Combustol, ainda como Combustol Indústria e Comércio de Combustores Ltda 30 ABR A JUN 2019
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1959, a Combustol Indústria e Comércio de Combustores Ltda. Logo no início, a Combustol se destina principalmente à produção de queimadores a óleo, ventiladores de baixa pressão e outros equipamentos de combustão. Ficava localizada em um galpão de 250 m², na Rua Guaricanga, nº 370 no bairro da Lapa na cidade de São Paulo. Os primeiros produtos por ela entregues são queimadores desenvolvidos para a empresa Termomecânica. Em seguida, vêm pedidos como: fornos a banho de sal e aquecedores para a indústria de alimentos. Em seu início, a inovadora companhia participa dos mais diversos projetos, desde a produção de pregos, e arame farpado, até separadores magnéticos, filtros eletrostáticos e material antipoluente. O ritmo de trabalho e crescimento da Combustol é latente, quem confirma esta etapa é o Sr. Ozias Augusto Gnutzmans que trabalha há 58 anos na empresa: “entrei na Combustol em agosto de 1961, eram 10 colaboradores, logo depois no mês de dezembro já eram 15. Com o crescimento dos pedidos, não havia espaço suficiente e alguns fornos eram montados na calçada em frente ao galpão. Eu era responsável pela parte elétrica em uma salinha no fundo do quintal do galpão. A firma
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Fig. 4. Os pioneiros da Combustol na fábrica localizada Fig. 5. Fábrica localizada no bairro da Lapa, em São Paulo, SP no bairro da Lapa, em São Paulo, SP
logo começou a crescer e além de diversos tipos de queimadores e sistemas de controle, começamos a fornecer fornos e estufas, depois trabalhamos com sistemas de aquecimento elétrico ao invés de óleo e gás, por isso eu tive que desenvolver os elementos de aquecimento e resistência para outras diversas aplicações. O Dr. Paulo participava de tudo e dava o total apoio”. No ano de 1961, o Dr. Thales Lobo Peçanha, filho do fundador da empresa, um jovem criativo e empreendedor, inicia sua jornada na Combustol, na função de eletrotécnico estagiário. Nos anos conseguintes, ele se forma em engenharia mecânica e posteriormente, já com parte de seu interesse e curiosidade voltados à Metalurgia do pó (processo de fabricação que produz peças metálicas através da compactação de pó me-
Fig. 3. Os pioneiros da Combustol (1959)
Fig. 7. Dr. Thales Lobo Peçanha ainda jovem na fábrica de fornos no início da década de 60
tálico seguida da sinterização), realiza a pós-graduação em Engenharia de Ma-
Fig. 6. Lembrança da festa de confraternização da Combustol em 1961
teriais pelo RPI nos Estados Unidos e Economia e Administração pela FGV. Dr. Thales lembra-se dos tempos do galpão na Lapa: “Meu pai era vendedor, desenhista ou chefe de projeto e chefe de fabricação e de Startup. Foi uma época interessante, quando era comum eu ir a campo com meu pai para dar partida em equipamentos ou fazer ajustes finais. Muito serviço era feito fora e inspeções e montagens faziam também parte de meu aprendizado, tendo como orientadores, além de meu pai, funcionários como o Sr. Anibal, Oswaldo, Miguel, Joaquim e o Ozias foi também um grande mestre e consultor”. Em 1964, data marcante para empresa, inicia-se a fabricação de fornos industriais e ocorre a compra de um terreno na região de Pirituba para a construção da sede própria da empresa. O primeiro prédio teve o projeto e detalhamento de um engenheiro russo, conhecido do Dr. Paulo. A mudança para a nova fábrica foi gradativa e a localização é onde permanece até hoje, na atual Estrada Turística do Jaraguá, nº 358. A Combustol principia, no ano de 1965, um projeto de Prensa Mecânica de Compactação. Neste mesmo período, também tem início o departamento de metalurgia em pó da empresa. Neste projeto são produzidos: um gerador de atmosfera a álcool, uma prensa mecânica e um forno elétrico selado. Assim, dessa inovadora seção resulta o nasIndustrial Heating
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“ Nenhum outro fabricante brasileiro de fornos tem hoje nome e história comparáveis. Eu tenho muito orgulho e gratidão por ter feito parte de 1/3 desses 60 anos. Certamente este é o mesmo sentimento de todos os que um dia trabalharam e daqueles que ainda trabalham na Combustol. Por isto eu felicito ao Thales e sua família por este aniversário. E desejo que a empresa possa ser nova todo dia, lembrando-se sempre do que foi”. - Raul da Costa Lino, Trabalhou por mais de 20 anos (1988 – 2008) na Combustol. Desde 2008 atua como Diretor Geral da Fives Brasil.
cimento em 21 de agosto de 1967, da empresa Metalpó. O grupo obtém sucesso com os trabalhos em metalurgia em pó e torna-se referência na produção de pós eletrolíticos de cobre e suas ligas, infiltrados, atomizados de estanho, bronze e suas ligas, óxidos e não ferrosos. A Metalpó, em sua busca por inovação tecnológica, começa pesquisas relacionadas às áreas de sinterização e produção de pó de ferro e cobre. Ademais, decorre a instalação de uma Usina de redução de Cassiterita para produção de estanho, pelo grupo. A década de 1960 é marcada por uma conjuntura de protecionismo do governo para com a indústria nacional. Neste contexto, o Dr. Paulo Lobo Peçanha, seu filho, e sua talentosa equipe, buscam desenvolver novos produtos e soluções para trazer o melhor à indústria. Até o início da próxima década, todos os equipamentos fabricados pela Combustol são desenvolvidos com tec-
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Fig. 9. Forno para secador de cloreto de cálcio em Igarami, PE, e Sr. Ozias Augusto Gnutzmans em 1963
“ Fisicamente não estou dentro da empresa há quase 12 anos, mas a felicidade de ter trabalhado nela, a amizade conquistada e o trabalho conjunto realizado, não deixam apagar a chama desta marca Combustol em nossa vida. A minha mensagem é que todos os amigos que lá continuam na luta, juntamente com a direção da empresa, hoje presidida pelo Dr. Thales lobo Peçanha, tenham a perseverança, a força de sempre para continuar elevando o Grupo Combustol, empresa brasileira com muito orgulho”. Fig. 10. Construção da unidade matriz em 1964
Fig. 11. Fábrica de fornos da Combustol já no novo endereço em 1964
Fig. 12. Departamento de Engenharia da Combustol na década de 60
Fig. 8. Forno de Cadinho para zincagem a fogo e Sr. Ozias Augusto Gnutzmans em 1963 32 ABR A JUN 2019
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nologia própria. A década seguinte é marcada pelo “Milagre Econômico”, muitas empresas multinacionais adentram o Brasil, os mercados interno e externo exigem novos avanços tecnológicos, e a concorrência se acirra. Então, a administração da Combustol percebe uma grande oportunidade na incorporação de know-how estrangeiro. Em 1970, o grupo assina contrato com a empresa americana IPSEN In-
Fig. 13. Prensa Mecânica de Compactação (1965)
- Sidney Louzada Contó, Trabalhou por 30 anos na Combustol - Engenheiro Industrial com modalidade em Mecânica e no momento é empreendedor na área de Construção Civil.”
dustries para o fornecimento de fornos industriais automáticos de tratamento térmico com atmosfera controlada. A partir desse momento, inicia-se um consórcio de tecnologia com todas as subsidiárias internacionais da multinacional. Nesse mesmo período, ocorre a primeira exportação de estanho do Brasil, um marco concretizado pelo Grupo Combustol e Metalpó e o Grupo Marmoré Mineração e Metalurgia. Com a abertura da economia brasileira para o mundo, o governo passa a criar planos de incentivo e empresas estatais para impulsionar a produção da indústria nacional. No ano de 1973, foram criados a Siderbrás - empresa estatal do setor siderúrgico nacional - e o Plano Siderúrgico Nacional (o governo
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“Combustol, empresa que conheço desde o seu início de atividades, e que com muita dedicação e brilhantismo se desenvolveu como um dos grandes fornecedores de fornos industriais e serviços de tratamento térmico do nosso País. Evidencia, assim, a competência da indústria nacional. Combustol, parabéns pelos 60 anos de sucesso e realizações.” - Karlheinz Pohlmann. Ex-Presidente Executivo e do Conselho de Administração da Brasimet Comércio e Industria S/A. Presidente da ABM (Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração (2002/2003 – 2009/2010). Membro do Conselho Consultivo da ABIMAQ, da Henkel e outros. Fig. 15. Usina de redução de Cassiterita para a produção de estanho
visa incentivar a indústria nacional, com o objetivo do aumento da capacidade produtiva brasileira de 20 milhões de toneladas, até o ano de 1980). A Combustol, como sempre ao buscar a excelência, e ao visar novas oportunidades, desenvolve tecnologias específicas para a produção de fornos siderúrgicos e dá início ao fornecimento de equipamentos para grandes projetos de produção de aço. Nesse
período, o grupo abrange um centro de treinamento térmico que, devido à alta demanda do mercado, se transforma em um laboratório, até que no ano de 1975, se amplia para uma nova Divisão de Tratamentos Térmicos. Esta é criada para atender à quase todos os diferentes tipos de tratamentos térmicos, e prestar serviço à indústria com os melhores padrões de qualidade e tecnologia. A Divisão de Refratários é igualmente originada neste período, todos os processos industriais, que se utilizam de calor tem neles presente os refratários.
Esse mais novo departamento busca abastecer os mercados nacionais e internacionais de peças com formatos ou aplicações especiais, possibilitando resistência e estabilidade mecânica e química. Outros importantes marcos do período são: a Metalpó torna-se a principal produtora de pós atomizados e peças sinterizadas do Brasil, além de um grande fornecimento de fornos realizado pela Combustol, para atender o Programa de Aço Silício, da Acesita. Em parceria com a Eletric Furnace, o grupo
“O Grupo Combustol e seu líder maior Sr. Thales Peçanha, foi sempre um grande colaborador durante todo o tempo em que estive na presidência das entidades ABIPEÇAS – SINDIPEÇAS, entidades estas a nível nacional e sempre responsável pela orientação de nossos associados. O Grupo sempre foi representado por pessoas altamente qualificadas e sobre os temas em que se manifestavam, isto sempre muito nos ajudou em nossa gestão durante os 22 anos que liderei as entidades. Por outro lado, sou cliente do Grupo Combustol na parte de fornos e de serviços de tratamento térmico, e acompanho os excelentes serviços prestados em todos os aspectos de um bom fornecedor. Também é do meu conhecimento, a excelência do grupo em metalurgia do pó e onde detém uma grande participação de mercado. Acredito que o Grupo Combustol, pelo que já contribuiu e continua contribuindo é de enorme importância para o nosso país, pois é um grande empregador, é um formador de talentos e é um desenvolvedor de novas tecnologias, além de ser um exemplo para as empresas com totalidade de capital nacional. Quero deixar consignado que o Grupo Combustol composto por toda gama de empresas e o universo de clientes, ao completar 60 anos são um motivo de muito orgulho para todos que acompanharam seu desenvolvimento. Parabéns a todos diretores, funcionários e todos que compõem o entorno do grupo.” - Paulo Roberto Rodrigues Butori, Engenheiro, fundador sócio da Fupresa e 07 gestões consecutivas na Presidência do SINDIPEÇAS. Fig. 14. Encarte Metalpó (década de 60) Industrial Heating
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entrega três fornos contínuos com soleira de aço silício de grão não orientado com espessuras diversas; ademais de dois fornos contínuos com soleiras de rolos destinados a descarbonetação e de secagem de carlite. Neste momento de intenso crescimento industrial brasileiro, o Grupo Combustol decide realizar um grande investimento na Divisão de Tratamento Térmico, com o objetivo de desenvolver processos próprios de engenharia e para concretizar a construção de um forno a vácuo. Outro passo inovador realizado é a adoção da utilização de geradores endotérmicos a álcool em sua fábrica, transformando fornos a óleo em elétricos. A empresa Metalpó lança novos produtos para o mercado como o pó de bronze esférico para filtros industriais e o pó de latão. Com o seu desenvolvimento, a empresa chega ao ano de 1979 com a produção anual de 2.500 toneladas de pós e 75 milhões de peças sinterizadas. A década de 1980 é marcada por períodos de crises econômicas no Brasil, mas isso não impediu o crescimento da Combustol. A organização entrega mais de 100 fornos contínuos de atmosfera controlada para grandes empresas como CSN, VIBASA (empresa do grupo Villares produtora de peças fundidas de aço de grande porte) e Acesita. A empresa também produz o primeiro forno à Vácuo de Parede Fria com capacidade de atingir até 1320º C. Os produtos da Combustol eram amplamente divulgados e conhecidos pelo mercado através de anúncios, com um estilo de propaganda muito criativa e bem dirigida. Lembra-se que em março de 1980 era anunciada em um jornal de grande circulação a seguinte notícia: “O Forno a vácuo Combustol 34 ABR A JUN 2019
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Fig. 16. Primeira exportação de estanho do Brasil (1970)
“A principal característica e diferencial do Grupo, é sempre pensar no bem-estar do empregado. A Combustol sempre reagiu aos desafios do mercado, no caso cito a compra de outra empresa e migrar toda a produção da área de equipamentos para Jundiaí. A Combustol sempre teve e continuará sendo um nome forte no mercado. A minha mensagem é: Não desistir, os governos passam e passarão, mas a Combustol continua!.” - José Pedro Camparini, Atua como Conselheiro Administrativo no Grupo Combustol/Metalpó
Fig. 17. Forno de Galvanização (Mitsubishi)
Fig. 18. Forno Contínuo com soleira de rolos para recozimento de barras (Villares)
vai mostrar em que grau tecnológico nós estamos! De agora em diante, ferramentas e matrizes podem ter a sua vida útil duplicada com um custo compatível aos processos convencionais. Mas se você é do tipo que precisa ver para crer, o Forno á vácuo Combustol está em exposição na 13º Feira da Mecânica Nacional. Mais uma prova de que nossa capacidade não é fogo de palha”. A Combustol, em sua busca contínua por inovações tecnológicas inicia em 1982 um processo inédito de tratamento térmico, o SCN ou (sulfocarbonitretação gasosa) em fornos especiais. Também são produzidos pela empresa: uma linha de queimadores, unidades de aquecimento, bombeamento, tomada aquecida para taques, e quadros de comando e
Fig. 19. Foto de Forno de Tratamento Térmico de Aço (Combustol)
Fig. 20. Ilustração da Pasta/ Catálogo da Combustol Refratários (década de 80)
Fig. 21. Capa da revista “Metalurgia” da ABM (Vol. 36 – Nº 270, Mai, 1980)
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“Quando a crise econômica atingiu, praticamente, todos os setores da indústria metal/mecânica brasileira, à exceção de alguns poucos. O grupo Combustol conseguiu identificar alguns poucos, que se mostraram mais resilientes, nas três áreas de atuação da empresa. Para isto, adquiriu novas licenças e acordos para a construção de fornos e equipamentos, manteve e também contratou novos colaboradores chave para a prestação de serviços de tratamentos térmicos e termoquímicos e aperfeiçoou a produção de pós metálicos. Os princípios éticos, morais e de “olho no que está por vir”, que o Dr. Paulo tinha de sobra, continuam presentes em seu filho (Dr. Thales Lobo Peçanha) e, certamente serão ainda mais aperfeiçoados por seu neto (Marcelo Lobo Peçanha). Parabéns Combustol. Sessenta anos de vida e de crescimento constante não são fruto do acaso, mas de muita competência técnica e de gestão dos negócios. Ao Dr. Thales, em especial, presidente do Grupo, desejo muito sucesso na condução da empresa; competência para isto, sei que não lhe falta”.
família. O Dr. Thales Lobo Peçanha assume o comando da empresa como o seu diretor-presidente. A marca de perseverança de Dr. Paulo estará sempre presente nos alicerces da Combustol. O Sr. José Pedro Camparini, que atua como Conselheiro Administrativo no Grupo Combustol & Metalpó lembra com muito respeito de Dr. Paulo:
- Luiz Roberto Hirschheimer, Atuou na área de construção de fornos da Brasimet Comércio e Indústria S.A. Posteriormente ingressou na empresa Techniques Surfaces do Brasil (pertencente ao grupo francês HEF), como sócio e gerente técnico. Foi nomeado como o primeiro diretor da Divisão Técnica Tratamentos Térmicos e Engenharia de Superfícies da ABM. Na atualidade é sócio proprietário da empresa Hirschheimer Serviços Ltda.”
controle para a utilização de óleo pesado na indústria. Além disso, é fornecida para a Alcoa, uma série de equipamentos para a produção de alumínio. A primeira aquisição do grupo ocorre no ano de 1983, com a incorporação da empresa carioca Brastêmpera, especializada no beneficiamento de metais e tratamentos térmicos sob atmosfera. Gestor das três unidades de Tratamento térmico e com atuação
também na unidade de fornos industriais, o amigo e engenheiro Sr. Sidney Louzada Contó trabalhou por 30 anos na Combustol, interagiu com Dr. Paulo e relembra que: “As mais renomadas licenças conferiram a Combustol muito destaque e sucesso em suas linhas de produtos, sejam nas linhas de aquecimento, fusão ou tratamento térmico. Durante 15 anos trabalhei na área de fornos e mais 15 na Gerência da divisão de tratamentos térmicos da Combustol e com a colaboração da Direção e de toda a equipe técnica existente e contratada, ocorreu o crescimento da divisão e a minha missão foi repleta de realização, satisfação e sucesso. No decorrer desta gestão, assumimos a filial de tratamento térmico do Rio de Janeiro”. Outro acontecimento de extrema importância para a continuidade e evolução do grupo, foi a sucessão da gestão empresarial para a segunda geração da
Fig. 22. Anúncio do maior Forno Elétrico Contínuo de Rolos da Combustol (Jornal do Brasil, Nov, 1980)
“Tenho ótimas lembranças do Dr. Paulo Lobo Peçanha, é difícil falar do “General Paulo”, pessoa íntegra que fazia questão de andar pelo chão de fábrica e cumprimentar os funcionários. Incansável, os melhores adjetivos seriam poucos para descrevê-lo. Por isso espelhei minhas condutas nesse homem e em outros que passaram pelo meu caminho ou eu no caminho deles, foram poucos, mas de grande valia, como foi com Dr. Paulo. Perdi meu pai muito cedo, posso dizer
“Parabéns à Combustol por ter contribuído durante seis décadas para o desenvolvimento do país sempre comprometida com a qualidade dos seus produtos, respeito aos seus clientes, parceiros, funcionários e lisura na condução dos seus negócios. Certamente o Brasil precisa de mais empresas como a Combustol que é um exemplo de empreendimento dentro do ambiente corporativo.” Fig. 29. Fornos para a linha de galvanização contínua da Galvasud
- Donizetti Ribeiro, Diretor da Combustol Fornos – Jundiaí, SP
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que ao longo da minha vida, segui os ensinamentos através das ações de pessoas como “General Paulo” que até hoje estão gravados na minha memória”. Uma curiosidade dessa fase da corporação, por volta dos anos de 1983 a 1987 a Metalpó patrocina a Opala Stock Car. A parceria rende visibilidade para a marca, em muitos jornais de grande circulação da época noticia-se a vitória dos pilotos Paulo Gomes e Fábio Sotto Mayor da equipe de Stock Car Metalpó/HG no Campeonato Brasileiro de Turismo Fiat. Outro fato interessante é o incentivo ao esporte com o patrocínio a uma ginasta, assim como a diversas outras modalidades do esporte como judô, futebol, etc. A empresa, vencedora nas pistas, novamente realiza parcerias empresariais de sucesso com o acordo de cooperação técnica e tecnológica com a Ajax Magnethermic, empresa americana, possibilitando a produção de fornos de indução. Assim, a Combustol se torna a organização com a mais completa linha de fornos industriais do Brasil. Entre os anos de 1984 e 1985 é fabricado o primeiro forno de reaquecimento de tarugos, operado exclusivamente com gás de alto-forno, desenvolvido para a Companhia Siderúrgica Belgo Mineira. O engenheiro Sr. Raul da Costa Lino trabalhou durante 20 anos na Combustol e afirma o seguinte: “Quando entrei na Combustol, ela estava entregando um grande forno de reaquecimento para a Belgo Mineira (hoje ArcelorMittal Monlevade). Não era seu primeiro grande contrato, mas foi o primeiro de uma longa parceria com a Fives Stein, que deixaria ótimas referências na siderurgia brasileira. A Combustol já era nesta ocasião um nome consolidado como um dos principais fornecedores de fornos nacionais, e o 36 ABR A JUN 2019
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Fig. 23. Estande da Combustol na Feira da Mecânica (década de 80)
“O nome Combustol é o maior diferencial no mercado. Eu, particularmente, tive o prazer de trabalhar com o Dr. Paulo Lobo Peçanha, fundador do grupo, com quem pude absorver a ideologia de empreendedor e, de respeito aos demais profissionais, formando sempre uma equipe, com o objetivo de crescimento pessoal, profissional e empresarial. Quero parabenizar a todos que participam do grupo com sua colaboração, bem como aqueles que contribuíram no passado e fizeram a história atual.” - Aparicio V. Freitas, Diretor da Combustol Fornos - Jundiaí, SP.
Fig. 25. Fachada da empresa carioca Brastêmpera (Grupo Combustol & Metalpó)
Fig. 26. Foto aérea do Grupo Combustol/Metalpó em São Paulo, SP
principal no setor siderúrgico. A Combustol investe em muita tecnologia, no seu mais amplo sentido, como base para o estabelecimento de soluções seguras e de respeito aos requisitos do cliente. Isto permite progresso, eliminando improvisações sem excluir inovações”. Além, do fornecimento de equipamentos para a metalurgia primária de alumínio no Projeto Albrás/Alunorte. A obra é realizada no município de Barbarena, no Pará devido à descoberta de jazidas de bauxita do rio Trambetas. Em seguida viria o acordo de cooperação técnica e comercial com a empresa francesa e multinacional Stein Heurtey, subsidiária da Midland Ross, um dos maiores grupos internacionais no cam-
Fig. 27. Patrocínio Opala Stock Car pela Combustol Metalpó
Fig. 28. Primeiro Forno de Reaquecimento de tarugos (Companhia Siderúrgica Belgo Mineira)
Fig. 24. Anúncio da Sulfocarbonitretação Gasosa SCN
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Fig. 30. Forno de Reaquecimento tipo Walking Beam 400t/h da CST - Tubarão (atualmente ArcelorMittal. Considerado e mapeado como um dos maiores equipamentos térmicos em operação no mundo)
po de fornos industriais e equipamentos térmicos. Assim, a Combustol obtém a licença exclusiva de produtos voltados para a indústria siderúrgica, da Stein Heurtey do Brasil. Com o acordo, a Combustol obtém acesso a tecnologia para o desenvolvimento de grandes fornos para o setor siderúrgico como: fornos pusher e walking beam para aquecimento e reaquecimento de bilets e tarugos e fornos de rolo para tratamento térmico de chapas e turbinas. Além de fornos para a indústria de alumínio (fornos de fusão e holding; fornos para homogeneização e solubilização e fornos de reaquecimento contínuo ou batch). Outro projeto interessante a ser mencionado nessa trajetória de suces-
so é a fabricação de equipamentos de alta precisão, chamado eletroerosão a fio com controle numérico, realizado pela Metalpó e usado pelo Instituto de Atividades Espaciais na produção de peças para o projeto do foguete brasileiro Sonda IV. A qualidade e sofisticação do equipamento permitia a fabricação de foguetes, dentro de rigorosas exigências técnicas. O grupo sempre obteve excelência em seus processos na qualidade de seus produtos e serviços. Com as exigências normativas nacionais e internacionais a empresa conquista em 1996 a certificação ISO 9000. E em 1999, a QS9000. Uma nova aquisição é efetivada com incorporação da operação de sinterizados da MEPS, subsidiária da Metalac.
Fig. 31. Combustol na Gazeta Mercantil (1993)
Fig. 32. Forno tipo Walking Beam da Acesita
“Aos amigos colaboradores do Grupo Combustol/Metalpó. Estamos comemorando 60 anos de existência. Quanta história, quanto trabalho, quantas realizações. A tecnologia está levando para o terreno virtual muitas atividades que eram realizadas por pessoas. Nossa vida é real, não é virtual, não somos robôs. Temos sentimentos, temos emoções. Tenho 82 anos e ainda aprendo coisas novas a cada dia. Na Combustol/Metalpó sempre tivemos um ótimo ambiente de trabalho no que se refere ao relacionamento pessoal em todos os níveis desde a presidência até ao funcionário mais simples. Mas depende de nós, torná-lo ainda melhor. Afinal temos motivos para nos sentirmos felizes. Temos algo que tantos outros estão procurando. Temos trabalho, temos emprego, temos amigos. Estamos de parabéns por participar desta história de 60 anos. Com a nossa colaboração certamente DEUS vai nos ajudar e a empresa vai prosperar. Um forte abraço do colega mais antigo (58 anos de empresa).” - Ozias Augusto Gnutmans, Coordenador de Infraestrutura no Grupo Combustol/Metalpó. Atualmente é o colaborador mais antigo do Grupo (desde agosto de 1961)
A década de 2000 tem início com um grande marco para a Combustol, no ano de 2001, ela conquista a posição de maior fornecedora de fornos industriais do país. Nessa nova fase o grupo procura por novos nichos de atuação para acompanhar as tendências de mercado.
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É desenvolvido o processo de nitretação, além do investimento para desenvolvimento de produtos para a indústria petroquímica. A Combustol novamente realiza parcerias com empresas multinacionais, ao fornecer fornos de craqueamento para Etileno, EDC, VCM; fornos para refinarias, aquecedores, incineradores e vaporizadores para GLP. São fabricados fornos tipo Walking Beam para as mais importantes siderúrgicas brasileiras como Acesita, AçoMinas e CST; além da reforma de fornos para a CSN e os fornos para a linha de galvanização contínua da Galvasud, no pólo industrial de Porto Real, RJ. Estes grandes projetos aplicaram a capacidade produtiva de laminação de aço brasileira para 5 milhões de tonelada ao ano. É vendido, no ano de 2006, o segundo forno de reaquecimento Walking Beam 400t/h para CST (Fig. 30). Nessa ocasião foi feita uma estimativa para mensurar a penetração da divisão de equipamentos da Combustol no mercado e os indicadores apontaram que cerca de 30% de todo o aço produzido no Brasil eram processados em fornos da Combustol e, considerando as peças Refratárias produzidas que atendiam também ao mercado de siderurgia, a presença da Combustol nesse setor certamente era ainda maior. Em agosto de 2004, a maior empresa do setor petroquímico brasileiro adquire o primeiro forno Combustol para uma de suas plataformas. O investimento para trazer os melhores serviços e produtos com qualidade gera bons resultados, assim no ano de 2008, a Combustol consolida-se no segmento petroquímico com a venda para grandes players do setor, projetando e entregando mais de 40 equipamentos, hoje em operação, para a Petrobrás. A Combustol/Metalpó continua 38 ABR A JUN 2019
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Fig. 33. Forno de Nitretação
“Uma empresa não chega aos 60 anos de existência e sendo uma referência no mercado se não contar com bons profissionais em sua gestão, parque de máquinas adequado, funcionários e clientes em sintonia com a empresa. Para criar esse cenário, é preciso que a empresa tenha uma missão, valores e princípios sólidos e que possam servir como estímulo ao crescimento e desenvolvimento. Tenho certeza que o foco no negócio e a resiliência são fatores a serem destacados.” - Sr. João Carlos Marchesan, Presidente do Conselho de Administração da ABIMAQ – Associação Brasileira da Indústria de Máquinas e Equipamentos. Diretor da Marchesan S/A.
Fig. 34. Fachada da Combustol Minas, localizada na cidade de Contagem, MG
Fig. 35. Fachada da Combustol Fornos, localizada na cidade de Jundiaí, SP
Fig. 36. Forno Elétrico Automático Batch-Modelo “RTQ” (Stihl Ferramentas Motorizadas)
Fig. 37. Forno Petroquímico da Combustol (Cabiúnas)
com sua empreitada para o crescimento contínuo e sustentável com a aquisição da divisão de sinterizados da multinacional alemã Schunk do Brasil, incorporada para a produção da Metalpó no ano de 2003. Já no ano seguinte a empresa atinge o seu maior índice de produção e peso com os números de 123 milhões de peças produzidas, e o valor de 2.600 toneladas. O desenvolvimento da Metalpó e a busca por excelência continuam com a conquista, em 2005, da certificação ISO TS 16949:2002, para sempre buscar atender com excelência e tecnologia de ponta a indústria automobilística e brasileira em geral, cultura sempre muito pontuada e disseminada pelo hoje presidente Dr. Thales Lobo Peçanha. Outra conquista do grupo é a concretização da primeira exportação de pós metálicos ao mercado comum europeu, realizada em 2008. Novamente, o grupo comprova sua representatividade também no mercado internacional. O final da década de 2000 é marcado pela comemoração dos 50 anos do Grupo Combustol e Metalpó, o ano de 2009 também é destacado pela inauguração da Combustol Minas, na cidade de Contagem. A nova filial é criada para
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Fig. 38. Em 1980, Divisão de Tratamento Térmico / Etevaldo Ferreira de Souza (Controlador) e Orlando dos Santos (Programador de Produção)
oferecer serviços de tratamento térmico localmente ao buscar atender principalmente a demanda do mercado automotivo da região de mineira. Uma ideia em paralelo seria utilizar essa unidade também como base de apoio e fabricação de tubulações e demais ítens voltados aos projetos petroquímicos. Na mesma época é criada a filial Combustol Vitória, na capital do estado de Espírito Santo, para oferecer serviços de tratamento térmico localmente e voltada aos projetos petroquímicos da região. Ao completar 50 anos de história em 2009, dentre as várias congratulações e títulos recebidos, o Grupo Combustol/ Metalpó é o vencedor do “Prêmio Inovar para Crescer”, concedido pela Sociedade
Fig. 39. Notícia Combustol e sua parceira com a empresa italiana Fercalx
Brasileira Pró-Inovação Tecnológica (Protec) e pelo Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (SENAI). A premiação foi entregue durante o VIII ENITEC – Encontro Nacional de Inovação Tecnológica, na sede da ABM (Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração) em São Paulo. O prêmio foi concedido pelo reconhecimento de sua longa história e pelo crescimento continuado pelas inovações tecnológicas no Brasil, firmando-se no setor como uma referência de competência tecnológica em seus produtos e processos, sobretudo o maior fabricante de fornos
para tratamento térmico do país. Os anos seguintes foram marcados por muitas crises econômicas e políticas no Brasil e no Mundo. A quebra do Banco Lehman Brothers, nos Estados Unidos, que evidenciou uma bolha imobiliária no país e uma crise de confiança no sistema financeiro. Mesmo com um cenário global desafiador e números preocupantes da indústria nacional, a Combustol buscou se reinventar para sobreviver e ao mesmo tempo manter a confiança e a qualidade conquistada em todas suas décadas de trajetória. A qualidade garantida dos produtos Combustol é resistente ao tempo. O engenheiro e hoje diretor da Combustol Fornos, Sr. Donizetti Ribeiro, que trabalha há 44 anos na empresa lembra que: “A Combustol produz desde 1965 Fornos de atmosfera controlada à base de hidrocarbonetos que são utilizados para cementação e têmpera de componentes de aço carbono. A estes Fornos são agregados diversos outros equipamentos e acessórios que compõem uma célula de tratamento térmico e de acordo com os requisitos do cliente podem ser fornecidos operando de forma totalmente automática. Trata-se de um produto COMBUSTOL de excelente
Fig. 40. Forno tipo Walking Beam da Açominas Industrial Heating
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aceitação pela indústria e que contempla praticamente 90% do mercado de equipamentos similares”. Mesmo com grandes desafios de competitividade, a Combustol vence uma concorrência internacional em 2010 para o fornecimento de um forno do tipo Walking Beam, com capacidade para reaquecer 130 toneladas por hora de placas, para a Usiminas. A preocupação ambiental também é uma grande bandeira da empresa, assim em 2013, a Combustol Minas conquista a certifica-
“É com muita alegria que estamos aqui comemorando os 60 anos da Combustol/Metalpó. É uma empresa tradicional no mercado de máquinas brasileiras, uma das empresas que fizeram a história da ABIMAQ. Combustol é sinônimo de tradição e é uma empresa que sempre esteve presente nos mercados em que atuam as indústrias brasileiras. Sempre que a gente fala em fornos, tratamento de metais, a Combustol é lembrada. Uma data tão importante de 60 anos da Combustol é também uma data importante para a indústria nacional. Para nós, da indústria de máquinas e equipamentos de alta qualidade. Os fornos da Combustol estão presentes na indústria automotiva, na indústria agrícola, na indústria de autopeças, na indústria elétrica, enfim em várias indústrias, como óleo, gás e mineração. É sinônimo de tradição, qualidade e tecnologia.” Eu quero deixar aqui um forte abraço para o meu amigo Thales Lobo Peçanha, para a sua família e Diretoria da Combustol. Parabéns! Muitas felicidades pelos 60 anos que a empresa completa em 2019.” - Sr. José Velloso Dias Cardoso, Presidente Executivo da ABIMAQ - Associação Brasileira da Indústria de Máquinas e Equipamentos.
Fig. 41. Criação da Divisão Tratamentos Térmicos da Combustol em 1975
ção ISO 14001, garantindo um padrão internacional de Gestão Ambiental em sua fábrica. As incorporações e parcerias internacionais do grupo continuam. Em 2016, a empresa braço da multinacional SECO/Warwick do Brasil é adquirida, ademais da Combustol/Metalpó se tornar representante exclusivo do grupo europeu SECO/Warwick em toda a América Latina. Podemos destacar esse como sendo um marco atual importante e mais recente pontuado na história da divisão de Equipamentos e fornos da Combustol. O engenheiro e hoje diretor da Combustol Fornos, Sr. Aparicio V. Freitas, afirma que “com a incorporação foi possível ter a alavancagem do histórico de mercado que havíamos desenvolvido como SECO/Warwick do Brasil, em atividade similar no seg40 ABR A JUN 2019
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mento de fornos e estufas. Esta alavancagem acrescida da própria experiência e da tecnologia da Combustol Equipamentos fez surgir a Combustol Fornos, de modo que a unificação destes esfor-
ços nos fortaleceram rapidamente no mercado”. Em seguida, além de receber novas encomendas e dar continuidade aos projetos herdados na aquisição da SECO/Warwick do Brasil, a Combustol entrega para a empresa Stihl Ferramentas Motorizadas: o Forno Elétrico Automático Batch-Modelo “RTQ”, Forno Elétrico Câmara e o Carregador/ decarregador Especial nº 7/10 com movimentação transversal motorizada. Hoje, no ano de 2019, o Grupo Combustol/Metalpó completa 60 anos de história. Essa conquista vai muito além de sua diretoria e funcionários, mais conta com a participação de par-
Fig. 42. Comemoração dos 12 Anos da Metalpó, Dr. Paulo Lobo Peçanha e Dr. Thales Lobo Peçanha
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“ Ao entrar nos sessenta anos nossa empresa inicia sua nova fase sob comando da terceira geração. Eu estarei dando continuidade a meu projeto de afastamento como executivo, evoluindo para a posição no Conselho da empresa. Agradeço sinceramente a todos, incluindo os meus concorrentes, àqueles que confiaram em mim e impuseram desafios, exigências, ofereceram oportunidades e me fizeram sofrer e passar noites acordado. Ao governo do Brasil que me ajudou no início com políticas progressistas e que mais de uma vez, como agora, vem prejudicando demais às empresas e a sociedade. Aos funcionários que me ajudaram a acreditar e construir o futuro e a corrigir erros e mesmo aqueles, que apenas trabalharam comigo ou para as empresas. Aos funcionários que me desiludiram, muitos dos quais me tornei amigo. Nossos clientes que nos honraram com sua confiança, pedidos e ajuda em alguns momentos. O mesmo com nossos fornecedores que trabalharam conosco na busca de novos produtos e contemporizaram e nos apoiaram em momentos difíceis. Todos vocês me ajudaram em minha formação como home, profissional e empreendedor.” - Dr. Thales Lobo Peçanha, Diretor Presidente do Grupo Combustol/Metalpó. Fig. 43. Comemoração dos 40 Anos da Metalpó, no detalhe Dr. Thales Lobo Peçanha
ceiros, clientes, fornecedores e muitos indivíduos que trabalharam para trazer o melhor em tecnologia de resultados. Atualmente, o grupo é referência nos mercados nos quais atua, ao aliar todo o conhecimento adquirido em todos os anos de atuação com uma visão de futuro. Neste ano comemorativo, a Combustol Fornos recebe a certificação D-U-N-S número 899000699, pela entidade Dun & Bradstreet (D&B), líder mundial no setor de informações. O futuro da Combustol, assim como toda a indústria nacional, dependerá muito das ações e condições proporcionadas pelo atual e pelos próximos governos, isso é fato. Independente dos possíveis cenário que teremos pela frente, a empresa continuará lutando por um
país melhor e mais justo, pela busca constante de excelência na qualidade de seus produtos e serviços e preparada para enfrentar os novos desafios com tecnologia de ponta e a tradição que sua grande marca carrega. O engenheiro e administrador Sr. Marcelo Lobo Peçanha, atua hoje como diretor de operações do Grupo Combustol/Metalpó depois de ter trabalhado durante mais de 20 anos em diversas áreas da empresa. Ao falarmos no futuro da Combustol ele afirma: “Com muito orgulho, tenho a grande responsabilidade e privilégio de fazer parte do time que levará a Combustol e as outras empresas do grupo rumo ao futuro... Um futuro cada vez mais exigente, competitivo e já integrado à
quarta revolução industrial. Sei que esse nosso time, tanto os mais jovens quanto os mais experientes, está repleto de pessoas extremamente éticas, dedicadas e de muita competência, todos com objetivos voltados ao crescimento e perpetuidade de nossos negócios. Não nos resta dúvida de que o Grupo Combustol/Metalpó continuará marcando presença entre os líderes nos segmentos em que atua, de forma cada vez mais intensa e representativa. Pesquisas e estudos em novas áreas de atuação, desenvolvimento de novas tecnologias, crescimento sustentável e contínuo, aprimoramento e inovação de técnicas e conceitos, ética e muita perseverança e dedicação estarão sempre norteando os nossos passos.” Industrial Heating
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CONTROLE CONTROLEDEDEPROCESSO PROCESSO &&INSTRUMENTAÇÃO INSTRUMENTAÇÃO
Fundamentos do Teste de Fadiga Richard Gedney – ADMET Inc.; Norwood, Massachusetts, EUA As muitas variáveis associadas ao tipo de material, à geometria da amostra e ao uso em serviço de uma peça ou componente complicam o projeto e a implementação de um regime apropriado de teste de fadiga.
D
esde 1850, sabemos que o metal submetido a tensões flutuantes falhará com uma tensão muito menor do que a necessária para causar a ruptura de uma única tração quase-estática. A falha geralmente ocorre sem aviso e resulta em uma fratura de aparência frágil sem deformação significativa. A fadiga do metal é um processo de várias etapas e é frequentemente descrita como tendo quatro estágios. Estágio 1: Iniciação da Trinca - Uma parte é danificada quando uma microfissura se forma em um ponto de alta concentração de tensão. Pontos de alta concentração de tensão geralmente estão localizados em entalhes, bordas afiadas ou cantos. O recozimento é usado para reparar metais danificados no estágio 1.
Estágio 2: Estágio I do Crescimento da Trinca - A rachadura inicial se aprofunda em planos de alta tensão de cisalhamento e se torna bem definida. Estágio 3: Estágio II do Crescimento da Trinca - A rachadura bem definida cresce em uma direção normal à tensão máxima de tração. 42 ABR A JUN 2019
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Fig. 1. O De Havilland DH 106 Comet foi o primeiro avião comercial do mundo e contou com uma cabine pressurizada projetada para voos transatlânticos. Em 1954, aproximadamente um ano e meio depois de entrar em serviço, três aviões Comet se desintegraram durante o vôo, resultando na perda de passageiros e da tripulação. Após os acidentes, a fuselagem traseira foi testada para a fadiga do metal repetidamente pressurizando a cabine em um tanque de água. Os testes de ciclo pressurizado identificaram locais de alta tensão nos cantos das janelas devido à sua forma quadrada. A fim de minimizar as concentrações de tensão nessas regiões, os projetistas do avião tornaram as janelas mais redondas ou ovais. (Maurice Savage / Alamy Stock Foto)
Estágio 4: Falha dúctil - Quando a trinca atinge um comprimento crítico, a seção transversal restante não pode suportar as forças aplicadas e a peça falha. Teste de Ciclo Os testes de fadiga são realizados com maior frequência sob carga de amplitude constante baseada em estresse. As amostras de teste podem ser submetidas a uma variedade de geometrias de formas de onda. No entanto, os sinusóides são mais prevalentes. A Fig. 2 mostra uma forma de onda sinusoidal baseada em estresse mostrando ciclos de tensão totalmente invertidos. As tensões máxima e mínima são iguais e opostas em um teste de ciclo totalmente invertido. Por convenção, as tensões de compressão são negativas. A maioria dos testes de fadiga baseados no estresse é realizada usando carga totalmente invertida. No entanto, existem muitos exemplos em que a carga totalmente invertida não é executada porque não é possível ou se durante o serviço normal, um componente só é submetido a forças em uma direção. Exemplos de carga repetida no ciclo de estresse incluem testes de fadiga somente de compressão em implantes de quadril e testes somente de tensão em aços laminados (materiais finos entortam em compressão).
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Propriedades da Forma da Onda As seguintes definições e equações são usadas para expressar uma forma de onda baseada em tensão (consulte as Figs. 2 e 3 para maiores explicações).
Amplitude de Estresse, Sa - metade da faixa de estresse, Sr. Sa = Sr / 2 = (Smax - Smin) / 2
Relação de Amplitude, A - infinito para carregamento totalmente invertido. A = Sa / Sm = (1-R) / (1 + R) Força da Aplicação A maioria dos testes de fadiga é realizada pela aplicação de forças de flexão flutuantes, forças axiais ou forças de torção a uma amostra. As fórmulas para calcular o estresse para cada modo de carregamento são as seguintes. Estresse de Flexão A tensão máxima de flexão ocorre na superfície da amostra onde c é maior. Sbending = Mc / I Onde: M = momento (força x distância) c = distância do eixo neutro a um ponto I = momento de inércia (fórmula baseada na forma da amostra, arredondada = πR 4/4) Estresse Axial Puxa - Empurra Saxial = P / A Onde: P = força axial A = área da seção transversal da amostra.
Sa
50 0
Sm
-50
R = S max/Smim = -1
-100
S mim
-150 0
1 Ciclo 0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
2.5
3.0
Fig. 2. Ciclo baseado no estresse totalmente revertido
Ciclos
350
Tensão Média, Sm - média do estresse máximo e mínimo. Sm = (Smax + Smin) / 2
300 250 Estresse
Relação de Tensões, R - é igual a -1 para carga totalmente invertida. R = (Smin / Smax )
S max
100 Estresse
Faixa de Tensão, Sr - diferença entre as tensões máxima e mínima. Sr = Smax – Smin Onde: Smax = stress máximo Smin = estresse mínimo
Ciclos 150
200 150 100 50 0
0.5
1.0
1.5
2.0
Fig. 3. Ciclo de estresse repetido no qual a tensão máxima e a tensão mínima não são iguais em magnitude. Ambos os estresses estão em tensão, mas também podem estar em tensão e compressão ou apenas compressão
e f
e b
a
c
b
f
Fig. 4. Máquina de teste de fadiga de Wohler. Um fuso (a) no centro da máquina é suportado por dois blocos de rolamento (b) e girado a aproximadamente 15 rpm. Dois eixos (corpos de prova) foram montados em ambas as extremidades do fuso rotativo e foram aplicadas forças de flexão aos eixos através de um mecanismo de mola (f) localizado em ambas as extremidades da máquina. Durante cada revolução, ambos os eixos foram submetidos a uma tensão de flexão totalmente invertida. A magnitude da tensão de flexão foi ajustada pela tensão no mecanismo da mola
Estresse Torcional A tensão máxima de torção ocorre na superfície da amostra onde r é maior. Storque = Tr / J Onde: T = torque (força x distância) r = distância do centro a um ponto Industrial Heating
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Teste de Estresse de Vida Entre 1852 e 1870, os primeiros testes sistemáticos de fadiga foram realizados em amostras de laboratório projetadas especificamente por August Wohler, um engenheiro ferroviário alemão. Esses testes permitiram a Wohler relacionar seus resultados experimentais com as tensões nos eixos de locomotivas. Em 1870, Wohler compilou um relatório de seu trabalho experimental que continha várias conclusões conhecidas como leis de Wohler. Leis de Wohler Materiais podem ser induzidos a falhar por muitas repetições de estresse, todos os quais são inferiores à força estática. Amplitudes de tensão (ou faixa de tensão) são decisivas para a destruição da coesão do material. A tensão máxima é de influência apenas na medida em que quanto maior ela é, menores são as amplitudes de tensão (ou faixas de tensão), que levam à falha. Isso se traduz em aumentar a tensão média diminui o número de ciclos para falha. O teste de estresse de vida é baseado no trabalho de Wohler e requer múltiplos testes de fadiga de amplitude constante em amostras idênticas para gerar um diagrama S-N ou Wohler. Figs. 4 e 5 são diagramas da máquina de teste de fadiga de Wohler e os diagramas S-N para o aço usado nos eixos, respectivamente. O teste de vida sob tensão é o tipo mais comum de teste de fadiga e é projetado para determinar a vida útil segura ou infinita ou a resistência à fadiga de um material ou componente O Diagrama S-N ou de Wohler Em testes de fadiga baseados em estresse, amostras múltiplas de tamanho, forma e composição idênticas são submetidas a diferentes níveis de amplitude de tensão (Sa) ou faixa de tensão (Sr), e o número de ciclos até a falha (N) é medido para cada. Vários tipos de instrumentos e máquinas são usados para aplicar cargas cíclicas e incluem máquinas de dobrar e dobrar em ângulo (Fig. 7), sistemas de teste axial servo-hidráulico ou servo-elétrico (Fig. 8) e motores elétricos testadores de fadiga de torção (Fig. 9). Os dados S-N resultantes para cada amostra idêntica são plotados em um gráfico log-log ou semi-log. A regressão é usada para ajustar uma curva através dos pontos, resultando em um diagrama 44 ABR A JUN 2019
Industrial Heating
800 Sem entalhe
600
(Aço fornecido em 1862) 400 Ombro afiado
200
(Aço fornecido em 1853) 104
105 Ciclos de falha
106
Fig. 5. Curvas S-N da Wohler para aço Krupp do eixo
Plástico reforçado com fibra
Aço Estresse, Sa ou Sr ou Smax
J = momento polar de inércia (fórmula baseada na forma da amostra, arredondada = πR 4/2)
Estresse, centímetros por seg Zoll
CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO
Inclinação zero
Limite de resistência
Alumínio
Resistência à fadiga 103
104
105
106 107 Ciclos de falha, N
108
109
Fig. 6. Diagramas S-N para aço, alumínio e plástico reforçado com fibra
Fig. 7. Máquina de teste de fadiga por flexão em barra rotativa da Ducom Instruments. Uma peça de teste montada como um cantilever com carregamento de ponto único é feita para girar e, assim, sujeita a um momento de flexão. Princípio é semelhante à máquina de Wohler construída em 1800 (cortesia da Ducom Instruments)
CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO
SN como mostrado na Fig. 6. Dependendo do tipo de carga cíclica, a ordenada (eixo y) representará a amplitude de tensão (Sa), faixa de tensão (Sr) ou tensão máxima (Smax). O diagrama S-N para alguns materiais, incluindo transições de aço e titânio, para uma inclinação zero em um nível de tensão específico. Conforme mostrado na Fig. 6, o ponto no qual a inclinação transita para zero é chamado de limite de resistência. Materiais sujeitos a tensões abaixo do limite de resistência nunca falharão sob carga cíclica. A porção da curva com inclinação negativa é definida como a região de vida finita e a porção de inclinação horizontal ou zero da curva é a região de vida infinita. Muitas ligas não ferrosas, como o alumínio e o cobre, e compósitos, como o plástico reforçado com fibra, exibem um diagrama S-N com inclinação negativa apenas. Os diagramas S-N de declive negativo não têm limite de resistência definido (consulte o diagrama S-N de alumínio na Fig. 6). Materiais exibindo diagramas S-N sem um limite de resistência definido, relatam a resistência à fadiga como uma tensão abaixo da qual a falha não será esperada em menos do que um número especificado de ciclos. A resistência à fadiga ou limite de resistência eficaz para estes materiais é por vezes definido como a tensão que causa falha num número especificado de ciclos (i.e. 108). Variabilidade de Dados de Fadiga A fadiga pode ser caracterizada como um processo aleatório que resulta em uma dispersão dos dados do teste. Essa variabilidade complica a análise dos dados e seu uso subsequente em aplicativos da vida real. Métodos estatísticos são empregados para determinar o uso mais eficiente de um número limitado de espécimes de teste necessários para dar um grau especí-
Fig. 8. Este sistema de teste de fadiga está configurado para testar implantes de acordo com a ISO 14801 Implantes de Odontologia - Teste Dinâmico de Fadiga para Implantes Dentários Ósseos (cortesia ADMET)
fico de confiança nos resultados. Esses métodos são usados para auxiliar na seleção de níveis de estresse discretos e no número de testes a serem realizados em cada nível de estresse. Também é importante saber se os dados do teste são para fins exploratórios, para pesquisa e desenvolvimento, para projeto ou para confiabilidade. Por exemplo, a Tabela 1 do Método de Teste Padrão ASTM D3479 para Fadiga Tensão-Tensão de Compósitos de Matriz de Polímero especifica um número mínimo de amostras como seis para trabalho preliminar, 12
Fig. 9. Um sistema de teste de fadiga de torção configurado para realizar testes de fadiga em pequenos componentes usados em equipamentos eletrônicos portáteis (cortesia ADMET) Industrial Heating
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CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO
para pesquisa e desenvolvimento e 24 para análise de projeto e confiabilidade. Uma revisão do Capítulo 3, Planejamento S-N e Testes de Resposta, Manual STP-588 em Planejamento Estatístico e Análise de Experiências de Fadiga é recomendada para aqueles que realizam testes de fadiga de estresse de vida. Frequência do Ciclo de Forma de Onda Uma amostra de teste de fadiga é submetida a mais de 10 milhões de ciclos (107) para determinar seu limite de resistência, ou resistência à fadiga, resultando em um único teste com duração de dias e às vezes semanas. Como resultado, há um ímpeto para aplicar o ciclo de estresse a uma alta frequência, a fim de reduzir o tempo de duração de cada teste. O teste de vida de estresse de metais sob carga axial é regido pela Prática Padrão ASTM E466 para a Condução de Testes de Fadiga Axial de Amplitude Constante Controlada por Força de Materiais Metálicos. A ASTM E466 recomenda frequências entre 0,01 Hz e 100 Hz (10-2 a 102). No entanto, a produção localizada que ocorre quando uma rachadura se propaga através do corpo de prova pode causar aquecimento da amostra. Os metais são bons condutores térmicos e qualquer energia convertida em calor é facilmente dissipada. Assim, o teste de vida de estresse de metais é geralmente independente de frequência. Os plásticos, por outro lado, são mais propensos a serem aquecidos localmente por altas taxas de inversões de tensão devido à sua incapacidade de dissipar o calor. Isso, juntamente com seus pontos de fusão mais baixos, pode resultar em menores resistências à fadiga em altas frequências. Em geral, 5 Hz é a frequência máxima recomendada para testar plásticos. Os compósitos de matriz reforçados com fibra têm propriedades mecânicas adaptadas que dependem da direção de carregamento em relação às fibras incorporadas no compósito. A direção de carregamento em relação às fibras e a quantidade de resina na matriz são parâmetros importantes quando se considera as frequências de teste. Maiores quantidades de resina na matriz produzem maior histerese (isto é, cepas dentro da resina), resultando num material mais susceptível ao aquecimento a frequências mais altas. As especificações de teste composto de matriz geralmente limitam a frequência de teste a 5 Hz ou menos. Independentemente do material, no início de qualquer regime de teste de fadiga, a temperatura deve ser monitorada para garantir que não afete os resultados. Uma Nota Final As muitas variáveis associadas ao tipo de material, à ge46 ABR A JUN 2019
Industrial Heating
ometria da amostra e ao uso em serviço de uma peça ou componente complicam o projeto e a implementação de um regime apropriado de teste de fadiga. Como todos os testes de fadiga, os resultados são adequados para aplicação no projeto somente quando as condições de teste da amostra simularem realisticamente as condições de serviço. Este artigo apresenta os conceitos básicos para o teste de fadiga durante a vida em estresse. Para aqueles que são novos no teste de fadiga e planejam conduzir seus próprios testes, o autor recomenda revisar as especificações de teste ASTM e as referências listadas aqui. Os testes de crescimento de trinca de mecânica de fratura e vida de fratura são dois tipos alternativos de testes de fadiga amplamente utilizados atualmente. Cada um dos três métodos é empregado por diferentes motivos de projeto. O teste de estresse é usado para determinar a vida infinita segura de um componente. O teste de vida de deformação é usado para determinar a vida finita segura e a mecânica de fratura para medir a tolerância a danos de uma peça. Lista Parcial das Especificações ASTM de Teste de Fadiga Baseadas na Vida Útil em Stress • ASTM D3479 Standard Test Method for Tension-Tension Fatigue of Polymer Matrix Composites • ASTM D7774 Standard Test Method for Flexural Fatigue Properties of Plastics • ASTM D7791 Standard Test Method for Uniaxial Fatigue Properties of Plastics • ASTM E466 Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials • ASTM E467 Practice for Verification of Constant Amplitude Dynamic Forces in an Axial Fatigue Testing System • ASTM E468 Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue Test Results for Metallic Materials • ASTM E739 Practice for Statistical Analysis of Linear or Linearized Stress-Life (S-N) and Strain-Life (-N) Fatigue Data • ASTM E1012 Practice for Verification of Testing Frame and Specimen Alignment Under Tensile and Compressive Axial Force Application • ASTM E1823 Terminology Relating to Fatigue and Fracture Testing. PARA MAIS INFORMAÇÕES: Richard Gedney é o presidente e fundador da ADMET Inc. (Norwood, MA, EUA). Para mais informações, ligue para (1 + 8OO) 667-322O, envie um e-mail para info@admet. com ou visite www.admet.com.
TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO
Fortes Oportunidades no Tratamento Térmico por Indução Collin A. Russell – Inductoheat Inc. – An Inductotherm Group Company; Madison Heights, Michigan, EUA A utilização de indução eletromagnética para fins de tratamento térmico não é mais uma novidade. No entanto, a excitação atual associada ao tratamento térmico de indução pode sugerir o contrário.
U
ma combinação de fatores, incluindo eficiência e iniciativas ambientais na fabricação automotiva e aeroespacial, inovações em fontes de alimentação de indução e avanços na simulação de processos de tratamento térmico de indução sugere que uma “era de ouro” do tratamento térmico de indução está no horizonte. Vantagens de Eficiência e Meio Ambiente Em uma era de consciência ambiental e redução de custos, a física fundamental da indução eletromagnética faz dela um método de tratamento térmico altamente atrativo (e e de processamento térmico em geral). O aquecimento por indução é um método de aquecimento direto no qual a energia térmica é gerada dentro do componente aquecido - ao contrário de transferido para ele a partir do ambiente. Como o aquecimento por indução resulta tanto na geração de calor superficial quanto na subsuperfície, o aquecimento rápido e a alta eficiência térmica são geralmente alcançáveis. Os processos de tratamento térmico por indução também costumam fornecer alta eficiência eletromagnética. Para o endurecimento de materiais ferromagnéticos, como aços carbono e aços inoxidáveis martensíticos, essa eficiência é geralmente da ordem de 70-80% (para revenir esses materiais, esse valor pode se aproximar de 90%). O endurecimento por indução também não envolve a difusão de substâncias químicas em componentes. Por essa razão, a indução é frequentemente considerada um método de endurecimento
“mais limpo” em relação a alternativas termo-químicas, como cementação e nitretação. Inovação da Fonte de Alimentação de Indução O desenvolvimento de fontes de alimentação de transistores de alta frequência nas décadas de 1950 e 1960 alterou de maneira dramática e positiva o futuro do tratamento térmico de indução. A introdução de fontes de alimentação de frequência dupla simultâneas no final da década de 1990 e início da década de 2000 proporcionou uma melhoria significativa na capacidade de endurecimento por indução, particularmente no que diz respeito ao endurecimento de engrenagens pequenas a médias. Muito recentemente, após quase duas décadas de avanços relativamente menores em fontes de alimentação de indução, uma tecnologia revoluSentido de varredura (eixo)
Fig. 1. Processo de escaneamento para endurecer um eixo de aço carbono (SAE 4140) Industrial Heating
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TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO
Fig. 2. O processo fornece bons resultados ao longo da maior parte do comprimento endurecido do componente, mas existem problemas na área de transição do diâmetro
cionária - um inversor capaz de modulação de frequência praticamente instantânea, em operação - foi introduzida. Num processo de aquecimento por indução, a frequência do campo electromagnético aplicado (isto é, a frequência da corrente alternada que passa através da bobina de indução) influencia a profundidade em que a energia térmica é gerada no componente aquecido. A profundidade em que a maioria (aproximadamente 86%) da geração de calor induzida ocorre em uma corrente alternada que conduz o corpo é frequentemente chamada de profundidade da pele. A profundidade da pele (δ) é uma função da resistividade elétrica do corpo (ρ) e da permeabilidade magnética (μ) e da frequência (F) do campo magnético aplicado. Pode ser aproximado por: Em termos práticos, isso significa que a seleção e manipulação de freqüência é o único meio de controlar a profundidade na qual a geração de calor ocorre em um componente aquecido por indução. Consequentemente, a capacidade de alterar de forma mensurável e deliberada a frequência durante um processo de tratamento térmico, uma característica exclusiva do inversor IFP ™ (Independent Frequency & Power) da Inductoheat, representa uma enorme oportunidade de tratamento térmico. Estudo de Caso: Endurecimento por Varredura (Scan Hardening) O endurecimento por digitalização é uma aplicação comprovada de fontes de alimentação de frequência variável. A capacidade de alterar a frequência é a solução ideal para 48 ABR A JUN 2019
Industrial Heating
Fig. 3. Aumentar a temperatura no canto interno sem fazê-lo no canto externo é possível alterando a frequência ao aquecer a área de transição do diâmetro
acomodar as variações nos requisitos de geometria e de endurecimento ao longo do comprimento dos componentes tratados por escaneamento. O processo descrito na Fig. 1, um processo de escaneamento para endurecer um eixo de aço carbono médio (SAE 4140), fornece um estudo de caso conveniente. Este eixo, representativo de muitos componentes automotivos modernos, é oco, possui uma extremidade flangeada e inclui uma mudança significativa no diâmetro. Os diâmetros acima e abaixo da transição são de aproximadamente 45 mm e 50 mm, respectivamente. Essa alteração de 5 mm de diâmetro, que é grande em relação à profundidade da camada exigida, cria desafios eletromagnéticos e térmicos inerentes. No canto interno da transição de diâmetro, é claramente difícil induzir geração de calor suficiente para superar a condução de calor na massa circundante relativamente grande. A presença de um rebaixo de 0,5 mm, que efetivamente aumenta o acoplamento localizado entre a bobina e o componente, fornece um obstáculo adicional. Enquanto isso, o canto externo pode facilmente ser superaquecido porque se projeta para fora no caminho das linhas de fluxo magnético que se enrolam ao redor da bobina de uma única volta. Se uma única frequência fosse selecionada para endurecer esse componente, 30 kHz seria uma escolha provável, considerando a meta de profundidade de caso efetiva de aproximadamente 2 mm. Conforme mostrado na Fig. 2, esse processo fornece bons resultados ao longo da maior parte do comprimento endurecido do componente, mas há problemas na área de transição do diâmetro. Devido insuficiente austenitização (isto é, aquecimen-
TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO
Fig. 4. Em um processo de endurecimento único, toda a região do componente é aquecida usando uma bobina de indução que induz o fluxo de corrente circunferencial e longitudinal
to), muito pouca formação de martensita é projetada no rebaixo. O aumento da potência da bobina e / ou o tempo de aquecimento efetivo nessa região podem parecer ações corretivas lógicas. No entanto, isso aumentaria ainda mais a temperatura do pico no canto externo adjacente. Dado que esta temperatura já é da ordem de 1060°C, um aumento adicional da temperatura poderia produzir um aumento de grão localizado e indesejado (e potencialmente inaceitável). Aumentar a temperatura no canto interno sem fazê-lo no canto externo é uma tarefa aparentemente paradoxal, dado que esses recursos são separados por apenas 3 mm. Como mostrado na Fig. 3, no entanto, isto é obtido alterando a frequência quando aquecer a área de transição de diâmetro (isto é, quando a bobina estiver diretamente adjacente a esta característica). Uma redução na frequência de saída do inversor de 30 kHz a 10 kHz, que aumenta a profundidade da pele no componente em uma magnitude de aproximadamente 1,7, alivia simultaneamente o desafio de proximidade eletromagnética no canto interno e reduz o risco de superaquecimento do canto externo. Este processo de frequência variável fornece um aumento significativo na profundidade do caso no rebaixo, enquanto reduz a temperatura máxima no ombro adjacente em quase 40°C. Este estudo de caso, embora relativamente simples, ilustra uma das vantagens de qualidade oferecidas pelos sistemas de endurecimento por varredura de frequência variável. Se esse componente apresentasse requisitos de profundidade de camada substancialmente diferentes ao longo de sua extensão, a capacidade de modular frequên-
Fig. 5. Melhorias contínuas na funcionalidade do software e a crescente acessibilidade dos recursos computacionais estão reformulando a viabilidade prática da realização de simulações complexas e intensivas em recursos
cia teria benefícios adicionais. Além disso, embora fora do escopo deste artigo, a tecnologia IFP também oferece vantagens de qualidade e flexibilidade em várias outras aplicações, incluindo endurecimento contínuo horizontal, endurecimento por rotação (de engrenagens e rodas dentadas) e revenimento / alívio de tensão. Integração da Simulação em Equipamentos, Projeto de Processos A incorporação da simulação por computador no projeto de sistemas de tratamento térmico por indução pode proporcionar melhor qualidade do produto, redução do tempo de engenharia e dos custos de fabricação, além de desenvolvimento mais rápido do processo. Essas vantagens, no entanto, podem ser facilmente negadas pela quantidade de tempo necessária para criar um modelo representativo e calcular os resultados numéricos. Em certas aplicações, particularmente aquelas que requerem simulação em 3-D, a quantidade de tempo necessária para obter informações úteis de simulações é simplesmente impraticável. Felizmente, as crescentes capacidades do software de simulação e o custo decrescente do hardware do computador estão diminuindo essa barreira. Estudo de Caso: Endurecimento de Disparo Único Em um processo de endurecimento único, toda a região do componente a ser endurecido é aquecida usando uma bobina de indução que induz o fluxo de corrente circunferencial e longitudinal (Fig. 4). A rotação da peça durante Industrial Heating
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TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO
o aquecimento e têmpera promove resultados de endurecimento circunferencialmente uniformes. A capacidade de simular processos de endurecimento de injeção única de forma confiável e em um período de tempo razoável oferece aos fabricantes e usuários de equipamento de indução de tratamento térmico um valor substancial porque: • O endurecimento por injeção única é um processo muito comum de tratamento térmico por indução; • O design de bobinas de disparo único é muito menos intuitivo do que o da maioria das bobinas de endurecimento por indução; • Os resultados de endurecimento são predominantemente determinados pela geometria da bobina, ao contrário dos parâmetros do processo (ao contrário do endurecimento por varredura); • Os custos de fabricação de bobinas podem ser consideráveis, especialmente levando em conta as modificações iterativas frequentemente associadas ao projeto de tentativa e erro; • Bobinas de disparo único geralmente são submetidas a densidades de potência muito altas e, portanto, podem sofrer falhas prematuras. Infelizmente, as características físicas dos processos de
endurecimento de um único disparo requerem a simulação de eletromagnetismo tridimensional, e a quantidade de tempo necessária para configurar modelos de elementos finitos em 3D e soluções precisas de computação tem sido historicamente bastante proibitiva. Por esse motivo, a simulação de processos de endurecimento de uma única peça ainda é bastante rara na indústria. Conforme ilustrado na Fig. 5, no entanto, essa realidade está mudando. Melhorias contínuas na funcionalidade do software e a crescente acessibilidade dos recursos computacionais estão reformulando a viabilidade prática de conduzir essas simulações complexas e intensivas em recursos. Tanto os fabricantes quanto os usuários de equipamentos de tratamento térmico de indução estão colhendo os frutos. PARA MAIS INFORMAÇÕES: Entre em contato com Collin A. Russell, engenheiro de projeto de modelagem de software, Inductoheat Inc. - uma empresa do Inductotherm Group, 32251 N. Avis Dr., Madison Heights, MI 4807, EUA; tel: +1 248-629-5024; e-mail: crussell@ inductoheat.com; web: www.inductoheat.com. Revisão de tradução gentilmente cedida por Inductotherm Brasil.
FORNOS INDUSTRIAIS PARA TRATAMENTO TÉRMICO
Processos de tratamento térmico de alta precisão: Recozimento
Têmpera
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www.youtube.com/ codere123 Parceira nacional
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Industrial Heating
TRATAMENTO TÉRMICO
Tratamento Térmico Para Fixadores Utilizados no Mercado de Geradores Eólicos - Parte I Shun Yoshida, Combustol Tratamentos Térmicos, São Paulo, Brasil O mercado de geradores eólicos utiliza-se de fixadores em dimensões usualmente até ϕ 64 mm, confeccionados em aço carbono dos tipos AISI 4140, AISI 4340, AISI 4142 e DIN 1.7185 – 33MnCrB5. A despeito das normas reguladoras deste mercado admitirem os quatro tipos de aço (ISO 898), há substanciais diferenças em termos de resultados de tratamento térmico, o que pode limitar uma ou outra aplicação. Há importantes diferenças de temperabilidade entre os quatro tipos de aços, o que torna sua seleção em função da bitola exigida fundamental para o atingimento das especificações mecânicas e o sucesso do componente em trabalho. O presente trabalho objetiva avaliar em termos práticos as temperabilidades dos três tipos de aços, comparando os diferentes ciclos de tratamentos térmicos disponíveis no mercado, selecionando a melhor opção em termos de resultados em função dos requisitos dos diferentes clientes. O paper será dividido em duas partes, a primeira discutindo as normas que regulamentam este componente e a segunda apresentará dados práticos e resultados de tratamentos térmicos, para corroborar as informações da primeira parte.
O
mercado brasileiro de geradores eólicos, em franca expansão em nosso país atualmente, utiliza-se de parafusos e fixadores fabricados em quatro tipos básicos de aços, a saber (Tabela 1). As diferenças de composição química, bem como o efeito dos diferentes elementos de liga de cada tipo de aço, definem as propriedades mecânica obtidas no tratamento térmico, em particular no que ser refere à tempera-
bilidade. Assim a profundidade na qual é possível a obtenção de Martensita bem como a máxima dureza mudam de aço para aço, e também para diferentes bitolas. Igualmente, as diferenças de temperabilidade vão interferir nos valores dos demais ensaios utilizados neste tipo de peça, tais como ensaios de impacto e ensaios de tração. Importante observar que as especificações do mercado de Geradores
Eólicos é similar ao mercado de Óleo e Gás, e os dados do presente trabalho poderão ser utilizados igualmente nos dois mercados, ressalvadas as diferenças especificadas em norma. A Fig. 1 ilustra um parafuso de bitola M64 típico. Requisitos deste Mercado para Tratamentos Térmicos - Normas Os grandes players deste mercado terceirizam a fabricação de parafusos, porcas e fixadores em geral com Industrial Heating
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TRATAMENTO TÉRMICO
Fig. 1. Parafuso M64, cabeça sextavada de aplicação eólica, típico (FORTE FIXADORES)
diversas empresas, tendo em comum as especificações: a. Todas devem atender aos requisitos da ISO 898-1_2009E, Mechanical Properties of fasteners made of carbon steels and alloy steels – Part 1, International Standard 2009, 4ª edição. Esta 70 60
40
99,9% martensita 95% 90% 80% 50%
30 20
Teor de C
HCR
50
10 0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
Fig. 2. Influência do teor de C na quantidade de martensita formada no resfriamento rápido, e a dureza máxima obtida [4] 52 ABR A JUN 2019
Industrial Heating
princípio, o mercado tem trabalhado invariavelmente na faixa do 10.9 (1000 Mpa nominal no valor de Limite de Resistencia); g. De acordo com os principais fabricantes, o consumidor final exige um relatório, a cada lote, executado em empresa certificada, contendo os resultados de ensaios mecânicos e metalográficos - ensaio de tração (limite de resistência, limite de escoamento, alongamento, redução de área), impacto (Ensaio Charpy V-notch), dureza (superfície, núcleo e microdureza superficial), composição química, e microestrutura.
norma estabelece as condições físico, químico e mecânicas de parafusos, porcas e fixadores, fabricados em aço Carbono e baixa Liga para uso na faixa de temperaturas de 10 a 35ºC, com bitolas variando de M1,5 a M39, rosca grossa e fina de M8 x 1 a M39 x 3; b. Não há até o momento uma especificação comum a todos os players, mas quando há algum requisito especial, há uma negociação à parte com desvio em relação à ISO 898; c. O mercado de geradores eólicos ainda não especifica esta necessidade, mas para componentes similares, a indústria do óleo e Gás, exige fornos que atendam às especificações da API 6A, particularmente no que se refere à avaliação de acuracidade e uniformidade de temperatura; d. Apesar do mercado não exigir diretamente a API 6A, há uma exigência tácita dos equipamentos de tempera atenderem aos requisitos gerais da norma AMS2750E, que regulamenta os procedimentos e requisitos de fornos em termos de pirometria; e. Para as situações em que as bitolas superam as cobertas pela ISO 898, em particular a preparação de corpos de prova para ensaios mecânicos, há uma negociação entre as partes para adaptações que permitam atendimento da norma; f. A norma 898-1 cobre uma ampla faixa de requisitos mecânicos, mas em
Características dos Aços Temperabilidade: o principal requisito para os aços utilizados neste mercado é a temperabilidade. A Norma ISO 898 – 1 exige valores da ordem de 32 a 39 HRC, para a classe 10.9. Entenda-se o termo temperabilidade como a “capacidade de um aço, no processo de tempera, permitir transformação martensítica, a uma dada profundidade” [3]. A temperabilidade de um aço depende essencialmente da composição química, sendo o C o elemento de liga mais importante. De fato, o teor de C define a temperabilidade de um aço, interferindo, inclusive, na dureza máxima obtida conforme a Fig. 2, mas deve-se considerar também o efeito dos elementos de liga, que em geral con-
Tabela 1. Composição química dos principais aços utilizados para parafusos e fixadores na indústria eólica [1] Aço
Composição Química C
Mn
Ni
Cr
Mo
AISI 4340
0,42
0,78
1,79
0,80
0,33
AISI 4140
0,37
0,77
0,98
0,21
AISI 4140 L (4142Mod)
0,45
0,95
0,16
1,19
DIN 1.7185 (33MnCrB5-2)
0,36
1,50
0
0,60
Outro
0,26 B=0,005
TRATAMENTO TÉRMICO
Figs. 3a e 3b: Curva Jominy do AISI 4140 e 4340. Austenitizados a 845ºC [4]
tribuem positivamente para a temperabilidade do aço. Uma forma muito prática e simples de avaliar a temperabilidade de um aço, é o Ensaio Jominy [5], que correlaciona a dureza obtida em função da velocidade de resfriamento na tempera. A grande maioria dos aços carbono e baixa liga tem os dados de ensaio disponíveis na literatura, e são conhecidos como CURVAS JOMINY. As Figs. 3 e 4 ilustram algumas da curvas Jominy disponíveis. Avaliação dos Aços Utilizados no Mercado Eólico A observação das composições químicas dos aços na tabela 1, de imediato nos traz a variação no teor de C, de 0,36% a 0,45%, indicando que os aços AISI 4340 e 4142 Mod., tem a temperabilidade substancialmente mais elevada. Some-se a isso teores elevados de Molibdenio (que tem grande efeito na temperabilidade) e temos os principais candidatos para melhor seleção de aço para este tipo de aplicação, vale dizer aqueles que vão atingir melhores propriedades mecânicas tratados nas mesmas condições. A comparação entre os aços AISI 4340 e AISI 4140, pela curvas Jominy, mostra também a nítida vantagem no uso do AISI 4340 em termos de obtenção de propriedades mecânicas. A linha vermelha indicada nos gráficos, corresponde à barra de bitola 60 mm, dureza tomada no centro, na condição temperada em óleo, ambos materiais austenitizados a 845ºC. O AISI 4340 apresenta dureza na faixa de 48/58 HRC enquanto que o AISI 4140 vai de 36/54 HRC.
informações disponíveis no mercado eólico, no que se refere aos tipos de aços utilizados, e as normas que regem suas propriedades e especificações. A segunda parte do trabalho, deverá discutir os resultados com diferentes bitolas, dos 4 tipos de aços usados, e tentar estabelecer uma “tabela” que oriente o projetista quanto ao tipo de aço a ser utilizado em função da bitola e da dureza especificadas, considerando que cada um dos aços tem preços diferentes, impactando nos custos industriais. Referências [1] Atlas of isothermal Transformation and Coolling Transformation Diagrams, ASM, 1977, USA [2]] INTERNATIONAL STANDARD, ISO 898-1, Mechanical Properties of fasteners, made for carbono steels and low alloy steels; 4th ed., 2009, Switzerland [3] MEI, Paulo, COSTA E SILVA, André Luiz da, AÇOS E LIGAS ESPECIAIS, Eletrometal, 2ª. Ed, 1988 [4] METALS HANDBOOK, vol. 1, 10ª. Ed., ASM International, Ohio Park, USA, 1990. [5] CANALE, Lauralice, TEMPERABILIDADE, notas de aula, https:// edisciplinas.usp.br/pluginfilePHP/3629506/mod_resource/content/1/aula%2012%20Temperabilidade%20laura.pdf
PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate Shun Yoshida, engenheiro metalurgista, responsável por Engenharia e Desenvolvimento na Combustol Tratamento de Metais Ltda; e-mail: engenharia.tratamento@combustol.com.br; web: www.combustol.com.br.
Conclusão Esta parte do trabalho tem a intenção somente de alinhar as Industrial Heating
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TRATAMENTO TÉRMICO
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Industrial Heating
SOLUÇÕES INOVADORAS E FLEXÍVEIS PARA TRATAMENTO TÉRMICO A VÁCUO OTIMIZE SUA PERFORMANCE COM NOSSA AMPLA GAMA DE FORNOS A VÁCUO PROCESSOS: • TRATAMENTO TÉRMICO • SINTERIZAÇÃO • BRASAGEM • DIFFUSION BONDING
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EVENTOS DE METALURGIA Metallurgy Events in Brazil
2019 III ENGRENAGENS - USINAGEM E TRATAMENTO TÉRMICO 18 e 19 de Setembro - FACENS - Sorocaba (SP) 3rd Gears Seminar - Machining and Heat Treatment, Sep 18 and 19
VII SEMINÁRIO DE TECNOLOGIA DO FORJAMENTO 04 e 05 de Novembro - FEI - São Bernardo do Campo (SP) 7th Forging Technology Seminar, Nov 04 and 05
I SEMINÁRIO DE TECNOLOGIA DE ESTAMPAGEM 27 e 28 de Novembro - UFMG - Belo Horizonte (MG) 1st Stamping Technology Seminar, Nov 27 and 28
2020 VII SEMINÁRIO DE PROCESSOS DE TRATAMENTOS TÉRMICOS 01 e 02 de Abril 7th Heat Tratament Processes Seminar, Apr 01 and 02
VII SEMINÁRIO MANUTENÇÃO E SEGURANÇA DE FORNOS INDUSTRIAIS 13 e 14 de Maio 7th Furnace Maintenance and Safety Seminar, May 13 and 14
VI SEMINÁRIO DE INTRODUÇÃO AO TRATAMENTO TÉRMICO E METALOGRAFIA 24 e 25 de Junho 6th Introduction to Heat Treatment and Metallography Seminar, Jun 24 and 25
IV ENGRENAGENS - USINAGEM E TRATAMENTO TÉRMICO 2 e 3 de Setembro 4th Gears Seminar - Machining and Heat Treatment, Sep 2 and 3
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