Revista Industrial Heating - Fevereiro/2010 by SF Editora

Fevereiro 2010

Tratamento Térmico

para blocos e cabeçotes de alumínio pág. 26

Tratamento Térmico sob Vácuo - parte III pág.15 Sinterização em Atmosfera de Hidrogênio pág.19 Recozimento Brilhante do Cobre e suas Ligas pág.22

TTT 2010 De 25 a 28 de Abril Atibaia - SP pág. 30

Induction Heating Solutions • Tratamento Térmico • Forjaria & Conformação • Aquecimento de Tubos • Brazagem & Solda • Aplicações Especiais

Indução é o mais eficiente e controlado método de aquecimento utilizado para o processo térmico de metais. Sua natureza, sem contato permite altas taxas de produção atendendo os mais exigentes requisitos metalúrgicos. O aquecimento localizado e o acoplamento direto com a peça minimizam o calor dissipado para o ambiente aumentando a segurança e conforto do operador. Como líder em inovação de soluções para o aquecimento por indução, a ABP Induction possui o suporte necessário para atender suas necessidades particulares.

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ABP Induction, BR • Av. Tégula, 888 F16 • Atibaia • SP • +55 11 2119-1201 / 2119-1213 • Heating.BR@abpinduction.com

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CONTEÚDO

Fevereiro 2010 • No. 5

Vácuo/Tratamento de Superfície

Avanços na Tecnologia do Tratamento Térmico sob Vácuo - parte III

A R T I G O S

Daniel H. Herring – The HERRING GROUP, Inc., Elmhurst, III. Neste terceiro e último artigo, examinaremos os desenvolvimentos tecnológicos no tratamento térmico sob vácuo e olharemos para o seu futuro.

Cerâmicas e Refratários /Isolantes Térmicos

Sinterização em Atmosfera de Hidrogênio: isto destrói o refratário Doug Thurman – Sunrock Ceramics Company; Broadview, III. Com o foco da pesquisa pesada em energia renovável e em uma emergência potencial de “economia de hidrogênio” em algum ponto do futuro, o elemento hidrogênio tem sido um bom tópico no noticiário atual. Em alguns setores do mundo do aquecimento industrial, entretanto, o hidrogênio tem sido assunto há décadas.

Gases Industriais/Combustão

Recozimento Brilhante do Cobre e suas Ligas Paul F. Stratton – Linde Gas; Sheffield, U.K. O recozimento da maioria das ligas à base de cobre não exige muito em termos de atmosfera protetora. Entretanto, a atmosfera protetora utilizada pode ser crítica para a qualidade externa do produto final.

Tratamento Térmico não-ferrosos

Novas Tecnologias de Tratamento térmico para Blocos e Cabeçotes de Alumínio T. D. Donofrio – Can-Eng Furnaces, Ltda.; Niagara Falls, CANADÁ Nesse artigo, Can-Eng Furnaces International Ltda. descreve como peças de alumínio tanto fundidas como conformadas podem se beneficiar de um moderno sistema de forno rotativo desenvolvido para se beneficiar dos conceitos improdutivos da manufatura. www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 3

CONTEÚDO COLUNAS

Editoriais

05 Sinal dos Tempos (Por Reed Miller - EUA) Descrevemos uma nova tecnologia da metalurgia chamada Mobile Tagging, um dos sinais econômicos para 2010. Veja uma Tag (etiqueta) em qualquer lugar desta edição e use seu telefone celular para encontrar mais na internet.

06 Nos Adequando Novamente (Por Udo Fiorini - Brasil) Estamos prevendo a possibilidade de imprimirmos mais edições, procurando chegar no que havíamos nos colocado como meta no principio: fazer da Industrial Heating, em sua edição brasileira, uma revista bimestral.

07 O Doutor em Tratamento Térmico™

A busca pelo Foto – Combustão Básica Dan Herring explora o que é a combustão e como podemos usá-la com segurança e eficiência. São apresentados tópicos como recuperadores e regeneradores, e também os benefícios das misturas combustível-ar mais adequadas.

10 Você Sabia?

Construção de uma Bicicleta Essa é uma boa época do ano para andar de bicicleta. Aprenda. Conheça sobre a história da bicicleta e e como o processo térmico e tecnologia de materiais desempenham um papel em seu próximo passeio.

DEPARTAMENTOS 06 Índice de Anunciantes 11 Novidades da Indústria 12 Catálogos 14 Produtos 30 5ª Conferência TTT 32 Eventos da Indústria

4 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA S+F Editora (19) 3288-0437 www.sfeditora.com.br Fernando Cézar Passos - Jornalista Responsável - Mtb 14.766

Udo Fiorini - Editor udo@revistaIH.com.br • (19) 9205-5789

Sunniva Simmelink - Marketing sunniva@revistaIH.com.br • (19) 9229-2137

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Alexandre Farina - Tradução Paula Farina - Tradução redacao@revistaIH.com.br

ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA Manor Oak One, Suite 450, 1910 Cochran Road, Pittsburgh, PA 15220, EUA • Phone: +1 412-531-3370 Fax: 412-531-3375 • www.industrialheating.com

Doug Glenn Diretor Geral Mundial +1 412-306-4351 • doug@industrialheating.com EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA Reed Miller Associate Publisher/Editor–M.S. Met. Eng., reed@industrialheating.com • +1 412-306-4360 Bill Mayer Editor Associado, bill@industrialheating.com • +1 412-306-4350 Dan Herring Editor Técnico Beth McClelland Gerente de Produção, beth@industrialheating.com • +1 412-306-4354 Brent Miller Diretor de Arte, brent@industrialheating.com • +1 412-306-4356 REPRESENTANTE DE PUBLICIDADE NOS EUA Kathy Pisano Advertising Director, kathy@industrialheating.com Ph: +1 412-306-4357 - Fax: +1 412-531-3375 DIRETORES CORPORATIVOS Edição: Timothy A. Fausch Edição: David M. Lurie Edição: John R. Schrei Desenv. de Mercado: Christine A. Baloga Custom Media: Steve M. Beyer Estratégia Corporativa: Rita M. Foumia Tecnologia da Informação: Scott Kesler Produção: Vincent M. Miconi Finanças: Lisa L. Paulus Criação: Michael T. Powell Marketing: Douglas B. Siwek Guias: Nikki Smith Recursos Humanos: Marlene Witthoft Conferências e Eventos: Scott A. Wolters A opinião expressada em artigos técnicos ou pelos entrevistados são de sua total responsabilidade e não refletem necessariamente a opinião dos editores. BNP Media Helps People Succeed in Business with Superior Information

Editorial Reed Miller, Associate Publisher/Editor | 412-306-4360 | reed@industrialheating.com

Sinal dos Tempos

s tempos estão mudando na medida em que a economia se agita. Alguns economistas olham para os metais como um termômetro do que está por vir. O que os metais estão dizendo economicamente sobre os próximos anos? Analistas, procurando um sinal, focam na demanda por metais relativamente obscuros como o ródio. O ródio é usado na fabricação de peças de automóvel, aproximadamente 80% em conversores catalíticos. Ao contrário dos metais preciosos - ouro e platina - metais como o ródio não são negociados nas bolsas de valores. Isto significa que os aumentos de preços são devido à procura crescente por parte dos produtores e usuários do metal. O aumento de 60% do ródio, em meados de outubro, é um bom sinal para a indústria automobilística e as indústrias relacionadas, que respondem por 4% do PIB dos Estados Unidos e emprega 10% da força total de trabalho. Da mesma forma a platina e o paládio saltaram 56% e 117%, respectivamente. Ambos metais são também essencialmente utilizados em conversores catalíticos. Uma recuperação econômica vai inflar os preços desses metais ainda mais devido a crescente demanda. No comércio mundial de commodities, os metais tiveram as melhores performances em 2009. No caso das commodities, os preços são afetados pela demanda, bem como a especulação de demanda. Quando os investidores acreditam que um metal industrial será exigido devido a uma melhoria na economia, eles compram o metal como investimento. O Cobre, que tem muitos usos industriais, estava acima de 139% em 2009, terminando o ano em $ 3,3275/libra. O Cobre bateu um recorde de US$ 3,4290 nas primeiras negociações de 2010. Uma greve na maior mina de cobre do Chile pode causar ainda mais aumentos de preços como a demanda de fornecimento mais escassa. Fora os efeitos da greve, os analistas acreditam que os preços do cobre poderão aumentar 10% nos próximos seis meses. O Chumbo - usado em baterias de carro mais do que dobrou em 2009. O zinco também subiu 125% no ano passado. O alumínio subiu "apenas" 50% por problemas recentes de excesso de oferta. Analistas acreditam que o aumento dos preços de metais comuns são sinais de bons tempos para a economia porque é raro que todos os metais fundamentais subam sem um crescimento econômico. Mais um sinal econômico relacionado com os metais é o preço do minério de ferro, que no final de 2009 teve uma alta na China, o maior comprador. Os preços do minério de ferro subiram de 65-70%

em 2009, com aumentos regionais de 5-7%, sendo esperados só em janeiro. 2010 pode ver um novo aumento no preço e na demanda do minério de ferro e outras commodities relacionadas ao aço devido a um esperado crescimento de 9,2% na demanda global do minério. Mobile Tagging Outro sinal dos tempos pode ser visto nesta página e em toda edição de Industrial Heating. O Mobile Tag é o processo de ler um código de barras 2D usando a câmera de um aparelho móvel. Isso permite saber mais sobre alguma coisa com um link online direto. A maneira como isso funciona é a seguinte. De um celular devidamente equipado, simplesmente fotografe ou escaneie uma imagem TAG (etiquetas visuais que podem ser lidas pela câmera do celular) em qualquer lugar que a veja - em editoriais ou anúncios (por exemplo, p. 27) contidas nesta edição. Você pode começar a observar estes códigos em outras publicações bem como nos anúncios. A etiqueta oferece acesso instantâneo a uma variedade de informações da internet. A fim de testá-lo, tudo que você precisa fazer é baixar gratuitamente o leitor de códigos em seu celular com acesso a internet. Quando vir uma Tag, escaneie para interagir com o mundo à sua volta de novas maneiras. O leitor de etiquetas pode ser encontrado no site gettag. mobi com seu telefone celular. A etiqueta desta página irá automaticamente mostrar este editorial em seu telefone para leituras futuras. Outras Tags podem fazer o mesmo, ou podem encaminhá-lo a artigos adicionais ou informações não contidas na revista. Dessa forma, as etiquetas permitem uma maior interatividade usando os recursos da web durante a leitura de uma revista impressa. Nós percebemos que muitos leitores desta, e qualquer revista, podem querer fazer uma pausa das ocupações da internet. Você pode não estar procurando uma forma de conectar sua revista à web. Isso é ótimo. Você pode ignorar as tags se quiser. Mas para aqueles que querem tornar a leitura de suas revistas mais interativas ou desejam salvar um artigo no celular para consultas posteriores, as Mobile Tags podem ser exatamente o que você está procurando. Se estiver interessado, experimente. Acompanhe as etiquetas nas próximas edições de Industrial Heating um sinal de que os tempos continuam mudando, e nós queremos responder As Tags da revista adequadamente para trazer a você IH estão disponíveis as últimas informações industriais apenas para artigos na versão inglesa. de forma que atenda a suas necessidades. IH

Reed Miller Associate Publisher/Editor 5 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

ARTIGO | Tratamento Térmico Editorial de não-ferrosos Udo Fiorini, Editor | 19 9205-5789 | udo@revistaIH.com.br

Nos Adequando Novamente

omo boa parte das empresas brasileiras, e por que não dizer, mundiais, também nós da Industrial Heating tivemos que rever o nosso planejamento feito para o ano de 2009. Desde o inicio de nossas operações prevíamos que de ano a ano estaríamos aumentando o número de edições enviadas a profissionais. O segmento de tecnologias térmicas não é tão vasto em nosso País para permitir que uma revista, de distribuição gratuita, entre no mercado com altas tiragens impressas. Assim, estávamos preparados para sistematicamente aumentar as edições, as tiragens e o numero de páginas desta revista. O mercado publicitário, que é o que no final paga a conta desta operação, estava sendo adequadamente informado, através do respectivo guia de mídia. Só que ninguém contava com o ano de 2009. A crise fez os investimentos serem drasticamente freados, para dizer o mínimo. E sem dúvida o mercado editorial sentiu os efeitos. Como disse acima, tivemos de nos adequar. Mas se por um lado imprimimos menos do que queríamos, por outro lado nos organizamos internamente. Casa nova, mais gente, novos portais, mais computadores e software. E também mais revistas, uma vez que aumentamos o leque de títulos impressos. E assim, no final de 2009, quando fazíamos o planejamento para 2010, o fizemos baseados lógicamente no momento de crise. Revimos o numero de edições impressas, programamos edições digitais. Mas como nada é definitivo, bastaram alguns meses de

2010 para mostrar que novamente estávamos errados. Digamos, talvez conservadores demais. E agora estamos outra vez pensando em nos adequarmos, mas positivamente. Estamos prevendo a possibilidade de imprimirmos mais edições, procurando chegar no que havíamos nos colocado como meta no principio: fazer da Industrial Heating, em sua edição brasileira, uma revista bimestral. Creio que estamos em condições de chegar a esta situação já em 2011. Edição de Abril Servindo até como confirmação da constatação acima, de que o samba do crioulo doido que é a economia alteram indistintamente os planos, estaremos apresentando na edição de Abril próximo uma entrevista exclusiva com o presidente da Bodycote sediado na Alemanha e agora responsável pela operação de sua subsidiária brasileira, a Brasimet Bodycote. Jan Elwart detalha nesta sua entrevista os passos de crescimento acelerado que prevê nos próximos anos, após os anos de ambientação de sua empresa no Brasil após a aquisição da Brasimet. Não perca. IH

Tenha uma boa leitura!

Udo Fiorini

Índice de Anunciantes Página

Empresa

Telefone

Website

ABM

11 5534-4333

www.abmbrasil.com.br

2ª capa

ABP

11 2109-1201

www.abpinduction.com

Expoalumínio

11 3060-5023

www.expoaluminio.com.br

Febramec

51 3357-3131

www.febramec.com.br

4ªcapa

H.C. Starck

+1 617-630-5810

www.hcstarck.com

Machroterm

11 4653-1122

www.machroterm.com.br

Metalurgia

31 3371-3377

www.mecminas2009.com.br

Moldes

11 5534-4333

www.abmbrasil.com.br

Trebi

19 3854-6699

www.industrialheating.com.br

3ª capa

TTT

11 3731-8549

www.metallum.com.br/ttt

6 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

O Doutor em Tratamento Térmico •

•

rial H

Daniel H. Herring | +1 630-834-3017 | heattreatdoctor@industrialheating.com

A busca pelo fogo – A Combustão Básica

Combustão estequiométrica (todo o combustível é consumido, volume mínimo de exaustão). A chama é primariamente azul próxima ao queimador com uma forma de cone amarela. É produzida a temperatura da chama mais alta (chama mais quente).

tando o tipo de combustível utilizado (gases de hidrocarbonetos, óleo, carvão, biomassa, etc.). CH4 + Ar (2O2 + 8N2) → CO2 + 2H2O + 8 N2

(1)

Devios desta combustão perfeita afetam também na análise do gás liberado na câmara de combustão. Em certas aplicações de tratamento térmico é necessário um excesso de combustível para, por exemplo, existir uma atmosfera protetora não-oxidante, ou excesso de ar para, por exemplo, fornecer uma atmosfera rica em oxigênio ou melhorar a uniformidade em baixas temperaturas. A adição de pequenos excessos de ar abaixa a temperatura da chama e a velocidade de transferência de calor, ou seja, a “potência” de radiação da chama. Conceitos Básicos de Combustão O ponto de partida da combustão se dá com a ignição a parLimite rico de inflamabilidade 24 Porcentagem dos constituintes do gás de combustão

homem vem mantendo uma fascinação primitiva pelo fogo, e o tratador térmico não é uma exceção, particularmente desde que ele aprendeu a utilizar esta fonte de energia como uma solução custo-efetiva para o aquecimento e processamento de materiais. Nós estamos em uma busca constante pelo entendimento do que é a combustão e como podemos utilizar esta fonte tão valiosa de forma segura e eficiente. Vamos aprender mais. A Associação de Equipamentos para Aquecimento Industrial (IHEA – Industrial Heating Equipment Association) define a combustão como “a rápida oxidação de um combustível resultando na liberação de calor utilizável e produção de chama visível”. Pela sua natureza, a combustão é uma interação complexa de reações químicas exotérmicas (ou seja, a produção de calor) entre um combustível e o produto oxidante que pode ser tanto o calor como a luz. O transporte de energia, massa e momento são os processos físicos envolvidos na combustão, enquanto os processos químicos são a condução de energia térmica, a difusão de espécies químicas e o fluxo de gases, sendo que todos eles acontecem a partir da energia química da reação exotérmica. A combustão é responsável por aproximadamente 85% da energia mundial. Para uma “combustão perfeita”, gás natural e ar são combinados em uma relação de 10 partes de ar para uma parte de gás (10:1, dito “10 para 1”) para produzir aproximadamente 1.000 BTU (252 kcal) de energia (Eq. 1). A combustão perfeita é definida como a relação estequiométrica exata (ou seja, o balanço entre os produtos e reagentes) no qual não se produz excesso de combustível ou ar (Fig. 1). Em outras palavras, a combustão perfeita é atingida quando se fornece 100% do ar (ou oxigênio) necessário para a combustão. Para cada 100 pés cúbicos (2,8 m3) de ar inserido, 100 BTU (25 kcal) de calor são liberados não impor-

Faixa de operação típica – Limite pobre de queimadores "Na Proporção" inflamabilidade

22 20 18 16 14

% O2

12 10

% H2O

8 6

% CO2

4 2

Relação ar-gás 0 4:1 6:1 8:1

10:1

12:1

| | 100% de Relação Combustível em excesso Estequiométrica

14:1

16:1

| 50% de Ar em excesso

18:1

20:1

| 100% de Ar em excesso

Figura 1 – Relações combustível-ar [2].

Combustão pobre (o gás de combustão produz oxidação – oxigênio livre). Todo o combustível sofre combustão, mas a temperatura da chama cai devido ao aquecimento do excesso de ar. Note a cor azul “pálida” da chama e a forma cônica mais aguda.

Combustão rica (incompleta, ar faminto ou rica em combustível, são formados CO e H2, criando uma atmosfera redutora). A chama é predominantemente amarela, e a forma é menos definida. A temperatura da chama também cai.

Figura 2 - Relações combustível-ar e características das chamas resultantes [3]. www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 7

•

rial H

Perdas com gás da combustão

Calor Recuperado

Perdas pela parede (condução) Perdas por abertura (radiação)

Entrada principal (gás comprado)

Ar pré-aquecido

Armazenamento de calor

Perdas por convecção

Figura 3 – Perda de calor em um forno contínuo[2].

8 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

Recuperador

Produção líquida (aquecimento da carga)

Calor disponível

tir de uma fonte (por exemplo, com um operador, uma faísca ignitora, ou uma tomada de início) que forneça um calor de pelo menos 650°C. Uma vez que a ignição foi realizada, as necessidades para uma boa combustão (Fig. 2) são: (a) uma proporção adequada de combustível e ar para obter uma combustão estável, (b) uma completa mistura de gás e ar dentro dos limites de inflamabilidade do combustível, (c) ignição inicial e contínua de mistura, e (d) remoção dos produtos da combustão do processo. As áreas científicas mais relevantes para a combustão são os campos da termodinâmica (por exemplo, estequiometria, propriedades do gás e do gás de mistura, calor de formação e de reação, temperatura de chama de equilíbrio e adiabática), fenômenos de transporte (transferência de calor por condução, convecção e radiação, e transferência de massa) e a cinética química ou fluidodinâmica (por exemplo, fluxo laminar ou turbulento, efeitos inerciais ou de viscosidade, combustão aerodinâmica). No mundo prático, o diagrama Sankey (Fig. 3) pode ser utilizado para representar a perda de calor em fornos e estufas industriais. Os cálculos de cada componente de perda individual permitem a determinação da exata quantidade de calor disponível – ou seja, a energia restante do

Gases da exaustão

• Fluxo contínuo e simultâneo do ar de combustão e gás de exaustão. • Uma barreira física separa os fluxos de ar e de exaustão.

Figura 5 – Sistema de recuperação [2].

total de calor fornecido após todas as perdas serem contabilizadas. Esta é a energia “disponível” para efetuar o trabalho em questão – em outras palavras, quanta energia permanece para realizar trabalho e fazer um balanço das perdas térmicas. O calor disponível pode ser determinado (Fig. 4 – online) a partir de medidas da temperatura do gás de combustão liberado e da porcentagem de oxigênio em excesso no gás de exaustão. Este último é utilizado para determinar a quantidade de excesso inicial supondo que 1% de O2 representa cerca de 5% de ar. O ar para combustão pode ser fornecido ao queimador de várias formas. O termo ar primário é utilizado para descrever o ar fornecido e misturado ao combustível an-

tes da ignição. Em geral, ele é controlado por meio de orifícios e válvulas onde todo o ar de combustão é misturado com o combustível e está pronto para a ignição assim que alcança o bico queimador. O sistema de mistura dos bicos queimadores depende totalmente do ar primário. Por outro lado, o ar secundário é fornecido à chama após a sua ignição e entra no queimador. Um exemplo de ambos os tipos são queimadores atmosféricos que utilizam cerca de 70% de ar primário e 30% de ar secundário. A porcentagem de combustível economizado [5] para cada uma das condições de operação (pré-aquecimento do ar, excesso de ar, ar enriquecido em oxigênio) ou combinação das condições pode ser determinado (Eq. 2).

Tabela 1 – Porcentagem de economia de combustível natural ganha utilizando 10% em excesso de gás da combustão pré-aquecido. Porcentagem de economia [%] Temperatura do ar pré-aquecido, °C

Temperatura de exaustão do forno em °C

315

425

540

650

760

870

540

650

760

870

980

1090

263

1205

1315

Classificação dos Sistemas de Aquecimento Os sistemas de combustão podem ser divididos em duas categorias gerais: sistemas de aquecimento direto e aquecimento indireto. Nas aplicações de aquecimento direto, os produtos da combustão são expostos ao trabalho, enquanto nos sistemas de aquecimento indireto o aquecimento é feito por tubos radiantes ou encontra o trabalho protegido da chama por itens como retortas e muflas. Na maioria dos sistemas de combustão com aquecimento direto (por exemplo, fornos tipo caixa), o ar secundário é fornecido ao forno por meio de portas não-estanques, portas abertas ou fornos com pressão negativa. Os sistemas de recuperação também forneceram muitos benefícios. Há dois tipos de pré-aquecedores de ar: os recuperadores (Fig. 5) e os regeneradores. Os recuperadores são trocadores de calor gás-gás colocados na chaminé do forno. Tubos ou placas internas transferem calor do gás de exaustão de saída para o gás de combustão de entrada enquanto mantém os dois fluxos de mistura. Os recuperados estão disponíveis em uma grande variedade de estilos, capacidades de fluxo e faixas de temperaturas. Os regeneradores apresentam duas ou mais seções separadas para armazenamento do calor. Os gases de saída e o ar de combustão se alteram passando por cada regenerador, alterando o aquecimento do meio armazenado com a retirada de calor do mesmo. Período típico de retorno = (custo do sistema de pré-aquecimento do ar de combustão, obtido do fornecedor ou empreiteiro) / (redução no combustível utilizado, Milhões de Btu/h vezes o número de horas de operação por ano vezes o custo do combustível por milhões de Btu) Boa Prática de Combustão O entendimento dos conceitos básicos de combustão fornecerá benefícios tangíveis ao tratador térmico. Dentre eles estão: • Ciclos de aquecimento e recuperação de cargas mais rápidas (devido às temperaturas mais elevadas de chama e a melhor transferência de calor) • Maior eficiência (mais calor disponível) • Redução da poluição (valores mínimos de exaustão, consumo reduzido de combustível) • Economia (custo mais competitivo versus fontes de energia alternativas). IH

100 90

Combustível: Gás Natural Birmingham (1002 Btu/ft3, 0,6 gravidade específica)

Calor disponível, %

80 70

204°

760° 648 C 537°°C C 315° C 426°C

982 P 871 °C ré-aquecid °C o

Curvas de ar préaquecido baseado em 10% de ar em excesso

a 10 93°C

50 40 30 20 10

0% de ar em excesso → 250%

0 537°C

150% 200%

100%

50%

760°C 982°C 1204°C 1426°C Temperatura do gás de exaustão °C

10% 25% 1648°C

Figura 4 – Calor de entrada disponível [2]. www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 9

Você Sabia? Processamento Térmico e Metais na Vida Diária

Construção de uma Bicicleta

ão há nada melhor do que andar de bicicleta em uma bela manhã de sol! As bicicletas têm sido comercializadas em uma grande variedade de tipos e tamanhos. Entretanto, nem todas as bicicletas são criadas da mesma forma. O tratamento térmico e a seleção dos materiais são variáveis muito importantes na produção de uma bicicleta. Nós faremos o nosso melhor para lhe mostrar isto. A primeira bicicleta era na verdade uma máquina para se caminhar e não para se pedalar. Criada em 1817 pelo Barão de Drais, esta invenção ajudou o barão a passear mais rapidamente pelos jardins reais. Esta primeira bicicleta era feita inteiramente de madeira e nunca se tornou mais do que um capricho. O velocípede foi a próxima novidade em 1865. Também era um dispositivo todo de madeira com pneus de madeira ou metal. Os pedais eram colocados diretamente na roda dianteira, e era uma máquina para se pedalar, diferentemente da sua prima mais velha. Tornou-se conhecida como agitadora de ossos devido ao que fazia ao ciclista em ruas de paralelepípedos. Novamente um capricho, academias de ciclismo “indoor” foram construídas nas grandes cidades para os ciclistas do velocípede. A primeira utilização de metal na bicicleta ocorreu nos meados de 1870, com a bicicleta com super roda. Como a sua antecessora, os pedais foram colocados diretamente na roda dianteira. Mas, diferente do velocípede a roda dianteira aumentou, porque quanto maior a roda, mais rápido se andaria com apenas uma rotação dos pedais. Esta bicicleta ficou popularmente conhecida como “para jovens de classe média” porque podia ser paga em seis meses pelos trabalhadores da classe média. A mania por bicicletas chamada de “A Era de Ouro das Bicicletas” iniciou-se com o surgimento de diversas inovações, entre elas o pneu pneumático desenvolvido em 1888 por John Boyd Dunlop. Logo após isso, foram desenvolvidos os pneus traseiros independentes, que permitiam ao ciclista descer ladeiras. Isto levou à invenção dos freios em 1898. Apesar de terem sido implantados lentamente, durante este tempo também foram desenvolvidos os mecanismos para as marchas e os freios de mão. No último século, a produção de bicicletas tem sido uma área de desenvolvimento. O objetivo é a produção de quadros mais leves, de forma que, com o mesmo esforço, a bicicleta se mova mais facilmente. Como resultado, as antigas bicicletas de aço carbono deram lugar às ligas endurecíveis 4130 de cromo e molibdênio nas bicicletas de alta tecnologia. Ao mesmo tempo em que o aço ainda é utilizado, muitas bicicletas estão utilizando alumínio, titânio ou materiais compósitos para reduzirem o seu peso. Cada material tem suas próprias “resistências” e fragilidades. O aço Cr-Mo (4130) é muito utilizado devido a sua boa soldabilidade, conformabilidade, resistência, ductilidade e tenacidade. Esta liga, de uma forma geral, é tratada a 870°C seguida de têmpera em óleo. O reveni10 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

mento é realizado entre 400 e 570°C, em função da resistência desejada. Neste material, não é necessário nenhum tratamento térmico após a soldagem. Embora o titânio apresente metade da densidade do aço e o alumínio tenha cerca de um terço da densidade do aço, a produção de quadros de bicicleta em aço é cerca de três vezes maior do que a em alumínio. Um dos benefícios do aço e do titânio sobre o alumínio é que eles apresentam um limite de fadiga mais baixo, e por conseqüência não falharão tão facilmente em cargas cíclicas. O alumínio não tem este limite de resistência, de modo que a aplicação de cargas cíclicas, mesmo que baixas, por um número de ciclos suficiente resultará em falha. Se a sua bicicleta é de alumínio, provavelmente ela é da liga 6061, que é tratada termicamente. No entanto, se esta liga for soldada, será necessário um tratamento térmico de solubilização e um envelhecimento artificial para que ele retorne à sua resistência original. O tratamento de solubilização é geralmente realizado entre 420 e 540°C por um determinado número de horas e temperado ao ar. O endurecimento por precipitação (envelhecimento), em geral, é realizado entre 120 e 180°C por 8 a 36 horas. Outras ligas de alumínio, como a 7005, não precisam ser solubilizadas após a soldagem, mas é necessário que seja realizado um envelhecimento artificial. Ao mesmo tempo em que o titânio é considerado o material ideal para a produção dos quadros de bicicletas, ele nunca se tornou popular devido ao seu alto custo. Outra complicação para o seu uso é que o titânio é mais complicado para soldar. Sem os procedimentos precisos de soldagem, a solda pode ser facilmente contaminada, resultando em falhas catastróficas. Mesmo as ligas mais exóticas para a produção dos quadros de bicicletas, como as de alumínio-lítio, precisam de processos de tratamentos térmicos críticos. Por exemplo, se a liga de alumínio-lítio for tratada por um tempo muito longo ou a uma temperatura muito alta, o lítio pode oxidar, produzindo um alumínio puro e mole. Os compósitos de carbono têm ganhado popularidade nas bicicletas de alta tecnologia, mas, nós limitaremos nossa discussão às produções metálicas. Assim, de qualquer forma, curta suas pedaladas com o ar refrescante das manhãs e tardes de verão. Enquanto você curte as paisagens e sons das estações, lembre-se que o processamento térmico tem exercido um papel importante por trás das suas aventuras. IH

Novidades da Indústria

Combustol vai fornecer forno à Usiminas

Combustol, líder no mercado brasileiro de fornos industriais, venceu concorrência internacional para o fornecimento de um forno do tipo Walking Beam para a Usiminas. Com capacidade para reaquecer 130 toneladas por hora de placas, o equipamento visa atender o Laminador de Chapas Grossas da Usina em Ipatinga, MG. Com este contrato, a Combustol, divisão do Grupo Combustol & Metalpó, um dos principais grupos industriais do país no segmento de fornos industriais, refratários, tratamento térmico e metalurgia do pó, passa a ter referências em todas as grandes usinas brasileiras fabricantes de aços planos: além da Usiminas, a antiga Cosipa, atualmente Usiminas Cubatão, Companhia Siderúrgia de Tubarão (CST) e Companhia Siderúrgica Nacional (CSN). Segundo Paulo Dias, gerente de Si-

11 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

derurgia da Combustol, na produção do equipamento a ser fornecido para a Usiminas será aplicada a tecnologia denominada Digit@l, pela parceira tecnológica da empresa, a francesa FIVES STEIN, resultando em um forno totalmente automatizado, de acordo com o estado da arte. Raul da Costa Lino, diretor do Grupo FIVES no Brasil, explica que, além de otimizar as condições de combustão, um forno de reaquecimento produzido com esta tecnologia assegura ainda grande flexibilidade na definição de curvas de aquecimento, adaptando o mesmo para os diferentes tipos de produtos e regimes de operação. “O resultado é a melhor qualidade de aquecimento com menor consumo de combustível, menor perda metálica no processo e menor emissão de poluentes. O forno a ser entregue à USIMINAS incorporará os últimos desenvolvimentos desta tecnologia, que nasceu há pouco mais

de dez anos”, afirma Costa Lino. Segundo ele, a solidez do acordo de cooperação entre a Combustol e a FIVES STEIN, que já existe há 25 anos, traz benefícios evidentes na integração de recursos e coordenação de tarefas entre as empresas, o que resulta em maior confiabilidade e competitividade diante do mercado. “A parceria assegura aos clientes brasileiros o acesso às tecnologias da FIVES STEIN e uma assistência técnica sempre disponível e falando a mesma língua, com nossa companhia e a Combustol orientadas para a qualidade, excelência tecnológica e satisfação dos clientes”, afirma. Informações à Imprensa Vervi Assessoria de Imprensa Vera Lucia Rodrigues – MTB 11644 redacao@grupovervi.com.br Tel/Fax: (11) 2578-0422

Catálogos/Literatura Técnica Resistência Para Fornos

RDR Av. Santa Marina, 596 São Paulo - SP Fone/Fax: 11 3611-1575 / 3611-1235 vendas@rdr.com.br www.rdr.com.br

Gases Industriais

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CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR CALDEIRA DE VAPOR SATURADO, Tipo CVS-HP Capacidade: De 100 a 10.000 kg/h de vapor Combustíveis: Gás GLP, Natural, Diesel ou Óleo BPF CALDEIRA DE AQUEC. DIRETO, Tipo CAD-CL Capacidade: De 500.000 a 4.000,000 kcal/h Combustíveis: Lenha, Resíduos, Cavacos e outros

CALDEIRA DE AQUEC. DIRETO, Tipo CAD-HP Capacidade: De 20.000 a 500.000 kg/h Combustíveis: Gás GLP, Natural ou Óleo BPF

Caldeiras e Trocadores de Calor Arauterm Av. Frederico Ritter, 3150 Cachoeirinha - RS Fone: 51 3406.6979 comercial@arauterm.com.br www.arauterm.com.br

Telas e Esteiras Metálicas Tecefil Rua Belize, 79 - Vila Iran Diadema - SP Fone/Fax: 11 4071.5140 tecefil@tecefil.com.br www.tecefil.com.br

Dispositivos para Tratamento Térmico Machroterm Av. Toronto, 117, Distrito Industrial Arujá - SP Fone: 11 4653.1122 www.machroterm.com.br

Medição de Temperatura Sem Contato Infratemp Rua Américo de Carvalho, 916 Sorocaba SP Fax: 15 3217.5694 / Fone: 15 3217.6046 info@infratemp.com.br www.infratemp.com.br

CALDEIRA DE VAPOR, Tipo CVS-HL Capacidade: De 2.000 a 15.000 kg/h Combustíveis: Lenha,Resíduos de Serraria e Agrícolas

SISTEMA COMPACTO DE AQUECIMENTO CALDEIRA DE VAPOR, Tipo CVS-CL Capacidade: De 500 até 2.000 kg/h Combustíveis: Lenha, Resíduos de serraria e Agrícolas

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Fornos Industriais

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Instrumentos de Medição

Fornos Industriais

Tecnovip Rua São Paulo, 467 - Vila Santana Valinhos - SP Fax: 19 3859.9458 / Fone: 19 3859.9459 vendas@tecnovip.com tecnovip@tecnovip.com www.tecnovip.com

12 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

Metal Trend Avenida das Nações Unidas, 21.476 Jardim Campo Grande São Paulo - SP Fone: 11 3466.0600 email: luci@metaltrend.com.br www.metaltrend.com.br

Catálogos/Literatura Técnica Fornos Industriais

Aquecedores Elétricos

Fornos Industriais

Tratamento Térmico

Master Fiber Rua Antônio Antenor Nogueira, 281 Jardim Três Marias, Taboão da Serra - SP Fone: 11 2764.2828 solucao@masterfiber.com.br www.masterfiber.com.br

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Medição, Controle e Monitoramento de Processos Industriais

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Fornos Jung Ltda Rua Bahia, 3465 Salto - Blumenau - SC Fone: 47 3327.0000 Fax: 47 3144.8823 jung@jung.com.br www.jung.com.br

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Fornos e Estufas Industriais

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Refratários

Nabertherm Representante: Industrial Heating Equipamentos e Componentes Rua Angelino Ferreira Vinagre, 81 Jardim São Francisco Sumaré - SP Fone: 19 3854.6699/ Fax: 19 3854-6700 www.industrialheating.com.br vendas@industrialheating.com.br

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Produtos Industriais

Máquinas Metalográficas

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Teclago Tecnologia em Máquinas Metalográficas Estrada da Lagoinha, 175, Bairro Lagoa Vargem Grande Paulista - SP Fone/Fax: 11 4158.4225 teclago@teglago.com.br www.teclago.com.br

13 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

Produtos

Tratamento Térmico

Isoflama Rua Um, 799 Distrito Industrial João Narezzi Indaiatuba - SP Fone: 19 3936.5121 Fax: 19 3935.9003 isoflama@isoflama.com.br www.isoflama.com.br

Peças em Aço Inox

Machro peças A Machro Peças além de produzir Máquinas de Jateamento, e suas partes e peças de desgaste, tambem produz peças em Aço Inox Resistentes ao Calor. Desde o final de 2008, a First Fornos passou a desenvolver a representação da Machro Peças em um segmento de seus clientes. Encontre estes produtos em: www.firstfornos.com.br. Contato: vendas@firstfornos.com.br fone: 11 3209.0306.

Catálogos/Literatura Técnica

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Ti32 Fluke do Brasil O novo Fluke Ti32 combina um detector potente de 320 x 240 com um design robusto que suporta 2m de queda, fornecendo um termovisor de alto desempenho para a categoria industrial. Além da consagrada fusão das imagens (IR-Fusion) o novo modelo apresenta lentes opcionais para aplicações em curtas distâncias (grande angular 10mm) ou em linhas de transmissão (telefoto 54mm) e bateria com troca rápida. www.fluke.com.br

Ligas de Resistência Termo-Elétricas Rescal A Rescal produz muitos materiais específicos para atender requisições individualizadas e proporciona assistência técnica no desenvolvimento de novas ligas para aplicações especiais. Essas ligas são utilizadas em centenas de aplicações, desde elementos de aquecimento numa multitude de aparelhos elétricos e fornos industriais, a materiais termoelétricos capazes de medir temperaturas superiores a 5200ºF. www.elcomp.ppg.br

Equipamento de Jateamento Brasibras Pistola de jateamento de acordo com a capacidade de seu compressor, Bico de limpeza das peças, Filtro coletor de pó acoplado e um balde para acumulação do pó não operacional, Iluminação fluorescente frontal e válvula pedal. Possui um par de luvas, 2 portas laterais de abertura total com vedação para evitar fuga de abrasivo, 2 diafragmas e roletes verticais e horizontais especiais, Regulador de pressão, Manômetro e Filtro separador de umidade www.brasibras.com.br

O Catálogo divulgado na revista Industrial Heating ajuda o público a conhecer os produtos e serviços das empresas de tratamento térmico e são publicados gratuitamente. Envie seu material para IH@revistaIH.com.br

Produtos Os Produtos divulgados na revista Industrial Heating são publicados gratuitamente e podem ser divulgados em nosso Newsletter quinzenal e/ou ficarem armazenados em nosso portal online. Envie seu material para IH@revistaIH.com.br

www.revistaIH.com.br 14 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

Fornos Industriais Engefor Forno de têmpera tipo empurrador com grelhas, com sistema de aquecimento à gás. Trabalha à 850ºC, e pode temperar até 1200 kg/h. A isolação térmica em fibra cerâmica com soleira em concreto refratário, permitem que as temperaturas de face fria não ultrapassem 65ºC. As portas, e o sistema empurrador são automáticos comandados por PLC. Os Fornos marca Engefor podem ser encontrados no seu representante First Fornos. www.firstfornos.com.br

Avanços na Tecnologia do Tratamento Térmico sob Vácuo

Fig. 2 – Recozimento sob vácuo de chapas de titânio (a fotografia é uma cortesia da Solar Atmospheres)

uitas das novas tecnologias devem seu sucesso ao processamento sob vácuo. Alguns exemplos incluem: • A brasagem por compressão rotacional de foguetes aeroespaciais e motores a jato militares. • O processamento de titânio incluindo o recozimento beta, resfriamento lento e endurecimento por envelhecimento (BASCA 160) de ligas de titânio. • A cementação e carbonitretação, além da alta pressão de gás de têmpera, de componentes do trem de força automotivo. • A sinterização em altas temperaturas seguida imediatamente pelo endurecimento ao vácuo para os componentes da transmissão automotiva. Novas Tecnologias Vamos dar uma olhada mais próxima em cada uma destas tecnologias. Brasagem por compressão rotacional A reutilização de motores de foguetes é uma necessidade prática da NASA e de outras agências espaciais. Programas de

Parte Três: Novas tecnologias e desenvolvimentos futuros Daniel H. Herring – The HERRING GROUP, Inc., Elmhurst, III. Neste terceiro e último artigo, examinaremos os desenvolvimentos tecnológicos no tratamento térmico sob vácuo e olharemos para o seu futuro. interação tecnológica têm incorporado a tecnologia russa, mais notadamente a brasagem por compressão rotacional, em combinação com a construção da parede do canal de modo a melhorar a confiança no bocal através de um processo controlado mecanicamente com baixa contagem de peça. São utilizadas ligas especiais de Ag-Pd (Fig. 1) para fazer a junção dos componentes do revestimento, com a camisa, reforços e o coletor. Durante o processo de brasagem, um vácuo de 10 -5 mbar (10-5 torr) é aplicado no interior das peças, enquanto do lado externo da superfície é aplicada uma pressão positiva de 5 a 6 bar. Esta pressão diferencial, em combinação com a rotação da peça durante o aquecimento e brasagem utilizada para neutralizar a força da gravidade na junta soldada, produz uma peça com qualidade superior. Processo BASCA O titânio e as ligas de titânio são recozidas (Fig. 2) para produzir uma ótima combinação de: ductilidade, usinabilidade, estabilidade dimensional

e estabilidade estrutural. Assim como no recozimento para recristalização, o recozimento beta melhora a tenacidade à fratura das ligas de titânio. O recozimento beta é realizado em temperaturas pouco acima da transição beta da liga sendo recozida para prevenir um crescimento excessivo do grão. Os tempos de recozimento são funções da espessura e são suficientes para a transformação completa. O tempo de permanência à temperatura após a transformação é mantido em um mínimo para controlar o crescimento do grão de beta. Para desenvolver um único processo de recozimento beta houve uma colaboração dos fabricantes aeroespaciais russos e americanos, o processo envol-

Fig. 1 – Juntas brasadas do tubo/revestimento (a fotografia é uma cortesia da GenCorp Aerojet) www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 15

ARTIGO | Vácuo/ Tratamento de Superfície

Fig. 4 – Primeira carga produzida com cementação sob vácuo – em torno de 1969 (A fotografia é uma cortesia de C. I. Hayes)

ve resfriamento lento e endurecimento por envelhecimento. O processo BASCA 160 (Fig. 3) para ligas como a Ti5553 (5%Al – 5%V – 5%Mo – 3%Cr) é utilizado para atingir valores de limite de escoamento na faixa de 1100 MPa. O ponto forte do processo é um resfria-

Fig. 3 – Peças fundidas da liga Ti-5553

(A fotografia é uma cortesia da Solar Atmospheres)

mento lento controlado e muito preciso dentro de uma faixa crítica definida e o endurecimento por envelhecimento para evitar tanto a distorção quanto a formação de fase alfa (α) superficial. Cementação e Carbonitretação com vácuo à baixa pressão A cementação sob vácuo, criada e comercializada no final da década de 1960 (Fig. 4) estava perfeita com o advento da cementação com baixa pressão – abaixo de 7,5 mbar (10 torr) – até meados da década de 1990 devido em grande 16 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

Fig. 6 – Embreagem e eixo sincronizador após LPC+HPGQ – material SL-5506 (A fotografia é uma cortesia de Stackpole Ltd.)

parte ao trabalho pioneiro no uso do acetileno como o principal gás de hidrocarboneto para cementação, como reportado no final da década de 1970 na Rússia (USSR Patent N° 668978). Hoje, o foco está na cementação sob vácuo com baixa pressão para aplicações avançadas como em peças aeroespaciais, de motores esportivos e do setor automotivo (Fig.5). A tecnologia vai em direção ao aumento de desempenho e da produção. Novas peças estão sendo especificamente projetadas para cementação sob vácuo, e com isso, o desenvolvimento e uso de ligas mais baratas, como os aços Cr-Mn, estão começando a surgir. Os ciclos de cementação de novos materiais, especialmente os que utilizam temperatura de cementação acima de 980°C, continuam a ser de grande interesse para a P&D. Em alguns casos, os tempos dos ciclos sob atmosfera carburante têm sido reduzidos de 33 a 50% - os processos necessitam de várias horas. Os ciclos de queima de curta duração (da ordem de segundos) e os longos tempos para difusão (da ordem de horas) fornecem carbono suficiente à superfície da peça ao mesmo tempo em que evita a formação de austenita retida e rede contínua de carbonetos. Alguns destes materiais são: • Aubert & Duval: X12 VDW e XD15NW • Carpenter Technology: Pyrowear 53,

675 e AerMet 100 • Böhler-Uddeholm: N360 Iso Extra, N695, R250 e R350 • Questek Innovations: Ferrium C61, CS62, C69 • The Timken Company: CSS-42L, CSB-50NIL, CBS223, CBS-600, BG42VIM/VAR, AF1410, HY180, HP-9-230, HP-9-430 e 300M • Atlas Specialty Steels: BS970 e EN30B • VSG Essen: Cronidur 30 • Teledyne Corporation: VascoMax C-250, C-300 e C-350

Fig. 5 – Componentes LPC cementados sob vácuo (A fotografia é uma cortesia de ALD Thermal Treatment)

Sinterização a alta temperatura e endurecimento sob vácuo A sinterização a altas temperaturas de embreagens e eixos sincronizadores para transmissão automotiva (Fig. 6) acoplada ao endurecimento sob vácuo

ARTIGO | Vácuo/ Tratamento de Superfície

83,980

Dimensão , mm

83,930

83,880

83,830

Média 83,888

Média 83,876

Média 83,886

50 µm 83,780

83,730

Fig. 7 – Análise estatística do processo – medições sobre bolas de 0,036578 mm em duas posições (A fotografia é uma cortesia de Stackpole Ltd.)

Fig. 8 – Fixador médico cementado sob vácuo (A fotografia é uma cortesia de Midwest Thermal-Vac)

e à alta pressão de gás de têmpera nos dá um exemplo da sinergia entre a seleção de material e o processo de tratamento térmico. As especificações finais do produto pedem usinagem de acabamento e tratamento térmico para 35 HRC. Soluções com processos convencionais, incluindo a operação de usinagem, podem ser: • FLN2-4405 (0,6%C, 1,8%Ni, 0,85%Mo) – material endurecido, temperado em óleo e revenido • FLNC-4408 (0,75%C, 0,85%Mo, 2,0%Cu, 2,0%Ni) – material endurecido durante a sinterização Em busca de uma tecnologia alternativa com menor custo investigou-se o material SL-5506 (0,6%C, 0,5%Mn, 0,5%Cr, 0,4%Ni). Para este material era necessária alta temperatura de sinterização (1280°C), seguida de tratamento térmico sob vácuo, têmpera com hélio com 5 bar e revenimento. Os benefícios incluem um número reduzido de etapas de processamento (de 9 para 7) e a eliminação da etapa de usinagem do material duro. A comparação das tecnologias (Fig. 7) apresentou uma melhora significativa da qualidade (menor espalhamento estatístico). Não foram alteradas as formas das chavetas entre as peças sinterizadas e tratadas termicamente. O perfil mantevese dentro de 10µm e o avanço dentro de 15µm acima de 14mm.

Fig. 9 – Homogeneização sob vácuo de lingotes de titânio (A fotografia é uma cortesia de Solar Atmospheres)

Desenvolvimentos futuros O futuro do tratamento térmico sob vácuo é brilhante. Se considerarmos a tecnologia de um ponto de vista energético ou ambiental ou se olharmos para o desenvolvimento da otimização das propriedades do material, o processo de vácuo oferece uma flexibilidade que pouquíssimas tecnologias podem oferecer. O oferecimento da capacidade de alto vácuo e alta temperatura, de precisão e repetibilidade são somente alguns dos seus muitos atributos. O vácuo tem a versatilidade de lidar com peças extremamente pequenas (Fig. 8) ou cargas massivas (Fig. 9) e qualquer coisa entre

elas. As áreas nas quais o crescimento está sendo particularmente rápido são as áreas médicas, aeroespaciais e na indústria automotiva. IH Para mais informações: Dan Herring é presidente do THE HERRING GROUP Inc., Caixa Postal 884 Elmhurst, IL 60126; tel: (+1) 630-834-3017; fax: (+1) 630-834-3117; e-mail: heattreatdoctor@ industrialheating.com; web: www.heattreat-doctor.com. A coluna do Doutor em Tratamento Térmico Dan aparece mensalmente na Industrial Heating, e ele é também Professor Associado do Instituto de Tecnologia de Ilinóis – Centro de Processamento da Tecnologia Térmica. www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 17

ARTIGO | Cerâmicas e Refratários / Isolantes

Sinterização em Atmosfera de Hidrogênio: Isso Destrói o Refratário

Fig. 1 – Placas empurradoras de alumina carregadas com as peças no estado verde e enfileiradas para o carregamento mecânico dentro de um forno empurrador de alta temperatura e com atmosfera de hidrogênio.

Doug Thurman – Sunrock Ceramics Company; Broadview, III Com o foco da pesquisa pesada em energia renovável e em uma emergência potencial de “economia de hidrogênio” em algum ponto do futuro, o elemento hidrogênio tem sido um bom tópico no noticiário atual. Em alguns setores do mundo do aquecimento industrial, entretanto, o hidrogênio tem sido assunto há décadas.

gás hidrogênio puro (H2) é, em geral, uma atmosfera termo-efetiva para a sinterização em altas temperaturas (ou seja, a fusão térmica de pós compactados para formar um sólido, geralmente em temperaturas próximas ao ponto de fusão) de peças produzidas por Metalurgia do Pó (MP). Peças de aço inoxidável representam a maior parcela deste mercado, mas outras ligas de alto desempenho, como carboneto de tungstênio ou ligas de tungstênio, também requerem sinterização em altas temperaturas com atmosfera de hidrogênio. Há também desenvolvimentos interessantes em compósitos metal/cerâmica, criando um espaço para novos materiais com propriedades físicas muito peculiares. Muitos outros processos de sinterização por MP, como a amônia dissociada (75% de hidrogênio e 25% de nitrogênio), necessitam de atmosfera redutora que não é tão cara. A sinterização à vácuo também desempenha um papel chave em operações menores e mais especializadas. Para maximizar o desempenho de peças de aço inoxidável de baixo carbono prensado ou produzido pela Injeção de Metal em Moldes (IMM), especialmente quando produzido

em grande volume, a temperatura de sinterização é de pelo menos 1300°C, sendo que a sinterização é conduzida preferencialmente em atmosfera de hidrogênio puro. Temperaturas de sinterização de 1600°C ou maiores sob atmosfera de hidrogênio puro, não são incomuns para o processamento de muitas ligas específicas, como as de tungstênio, ou ainda as de certos compósitos metal/cerâmica. A queima do hidrogênio auxilia na maximização das principais propriedades, sendo elas a densidade e a resistência à corrosão. Uma das razões pela qual são necessárias altas temperaturas para a sinterização do aço inoxidável em hidrogênio (além do esforço para alcançar densidades comparáveis à de peças forjadas) é a redução de óxidos superficiais e de camadas de impurezas, como a sílica (SiO2), na liga. Por exemplo, em um ponto de orvalho de -60°C (com atmosfera padrão) a redução de SiO2 para o metalóide Si + O2 ocorre

a aproximadamente 1350°C. Veja a tabela 1 para a relação de quantidade de mistura e temperatura necessária para produzir esta dissociação. Entretanto, do ponto de vista operacional, a redução da sílica é problemática para o refratário do forno quando em operação a altas temperaturas. O efeito nos refratários Refratários para aplicações a altas temperaturas são geralmente baseados em formulações com alta alumina (óxido de alumínio, Al2O3). A alumina é inerte de forma excepcional (exceto contra flúor) e tem boa resistência à compressão em altas temperaturas. Entretanto, a sua resistência ao choque é pequena quando na sua forma pura. Esta baixa resistência ao choque é, em geral, atenuada pela combinação de alumina com sílica, normalmente na forma de alumino-silicatos. Por isso, para aplicações a altas temperaturas sob atmosfera de hidrogênio é necessário tomar muito cuidado

Tabela 1 – Temperatura de equilíbrio em relação ao ponto de orvalho* para a reação SiO2 → Si + O2 em atmosfera de hidrogênio. Ponto de Orvalho Temperatura de equilíbrio (aproximada)

-30°C

-45°C

-60°C

-75°C

-90°C

1850°C

1650°C

1350°C

1150°C

950°C

* À pressão atmosférica padrão

www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 19

ARTIGO | Cerâmicas e Refratários / Isolantes

Fig. 2 – Peças de aço inoxidável já completamente sinterizadas sobre a placa empurradora de alumina, da forma em que sai da zona de resfriamento de um forno empurrador

em relação à seleção do refratário porque a mesma química que, em geral, serve para maximizar o desempenho e a vida útil do refratário (por exemplo, os alumino-silicatos) podem e irão reduzí-la pela atmosfera de hidrogênio, causando falhas precoces e interrupções não planejadas, que nunca ocorrem em uma boa hora. Tipos de fornos Uma revisão dos tipos de fornos freqüentemente utilizados nestas aplicações ajudará a ilustrar estas questões. Os fornos mais comuns para aplicações em MP são fornos contínuos devido a sua elevada e contínua produção. Desta forma, a produção por MP é um meio de atingir melhores produções e menores perdas do que a fundição e a usinagem destas mesmas peças. A sinterização de algumas peças menores – como as produzidas pela operação especializada IMM – é freqüentemente feita em processos de batelada, mas, para alcançar um volume alto de produção, é necessário um forno de produção contínua. Em operações de MP com temperaturas mais baixas, em geral, utiliza-se fornos contínuos de correia. Em temperaturas elevadas, não é possível o uso de correias, assim, o forno mais comum é o forno contínuo munido de empurradores (Fig. 1). Em relação aos refratários destes fornos, o isolamento da face quente da zona quente precisa ser de alumina de ultra-alta pureza, sem nenhuma sílica presente. Como o refratário é utilizado em um forno contínuo, a temperatura em cada zona é mantida mais ou menos constante, desta forma, o choque térmico não é algo significante. Desta forma, o 20 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

isolamento de alumina de ultra-alta pureza na face quente pode durar por muitos anos sem nenhum incidente. Contudo, as chapas empurradoras, que formam o sistema mecânico transportador através do forno são um grande desafio. Estas chapas requerem um balanço térmico delicado das características térmicas, mecânicas e químicas da alumina cerâmica. A carga de choque térmico em uma placa empurradora pode ser uma das mais severas da indústria porque as peças produzidas por MP freqüentemente utilizam uma zona de têmpera logo após a zona quente para combinar a sinterização da peça com endurecimento superficial, tudo em uma única corrida. Como discutido anteriormente, a melhor formulação para resistir ao ataque químico seria a alumina de alta pureza, sem sílica, mas isto falharia na primeira passagem da zona quente para a zona de têmpera (Fig. 2). Como o alinhamento das placas empurradoras fornece o trajeto mecânico através do forno, uma falha da placa pode potencialmente causar uma interrupção não planejada. Por isso, ter uma placa empurradora projetada especialmente para esta aplicação é uma consideração importante. A placa empurradora precisa ser projetada e produzida com adequada resistência ao choque térmico para o ciclo térmico severo e ao mesmo tempo mantendo a inércia química para resistir, por um período razoavelmente extenso, a atmosfera altamente redutora. Uma forma típica de alcançar este balanço é a utilização de uma forma de alumino-silicato na cerâmica que tem máxima resistência ao ataque por hidrogênio e à quebra da SiO2. O material em questão é a mulita (Al2O3-

SiO2), um alumino-silicato sintético que é muito estável estruturalmente e, além disso, protege a sílica por meio de uma ligação cerâmica forte que demora para ser degradada pelo hidrogênio. Entretanto, criar uma ligação forte e bem formada na produção das placas empurradoras de mulita pode ser bastante desafiador. As formulações de alumina que trabalham de forma perfeita e adequada para sinterização ao ar – mesmo em temperaturas mais altas – podem causar desastres nos ciclos com atmosfera de hidrogênio nos fornos de sinterização para MP de altas temperaturas. Conclusão Os fornos com atmosfera de hidrogênio, especialmente aqueles que operam acima de 1350°C, são muito úteis para a sinterização de altas ligas e compósitos metal/ cerâmica, mas as solicitações químicas e térmicas sobre o refratário são elevadas. Em fornos com placas empurradoras, as solicitações nos refratários são especialmente grandes nas placas empurradoras. As solicitações extremas de ciclo térmico, carregamento mecânico e ataque químico desta atmosfera redutora severa são combinadas para criar a necessidade de uma cerâmica muito específica. É necessário muito cuidado na escolha e a realização de testes de desempenho significativos para assegurar o máximo desempenho do sistema. IH Para mais informações: C�� ontatar Doug Thurman, Sunrock Ceramics Co., 2625 S. 21st Avenue, Broadview, IL 60155; tel.: 708-344-7600; fax: 708344-7636; e-mail: dthurman@sunrockceramics. com; web: www.sunrockceramics.com.

ARTIGO | Gases Industriais/

Fig. 5. Liga de cobre após recozimento brilhante Combustão (A foto é uma cortesia da EbnerIndustrieofenbau)

Recozimento Brilhante do Cobre e suas Ligas Paul F. Stratton – Linde Gas; Sheffield, U.K.

O recozimento da maioria das ligas à base de cobre não exige muito em termos de atmosfera protetora. Entretanto, a atmosfera protetora utilizada pode ser crítica para a qualidade externa do produto final.

m produto de alta qualidade, em geral, requer um acabamento brilhante. Tal acabamento pode ser obtido facilmente e consistentemente utilizando uma atmosfera de alta qualidade, mas além da qualidade objetivada pelos engenheiros da produção, minimizar os custos também é um objetivo. Este processo de otimização vai implicar num ajuste da atmosfera para as necessidades do material e do forno.

metal será oxidado. O elemento que precisar da atmosfera mais redutora será considerado o elemento crítico. Para a maioria dos casos práticos, no entanto, os elementos com concentração abaixo de 1% podem ser ignorados, pois, os mesmos não formam filmes contínuos de óxidos. Como pode ser observado na Figura 1, para alguns elementos de liga a relação H2:H2O para manter a liga brilhante aumenta com a redução 10+14

½O2 + H2 → H2O Desta equação podemos verificar que a pressão parcial de oxigênio está relacionada com a relação H :H O. Quanto maior esta relação, ² ² mais redutora é a atmosfera. Assim, se a composição da atmosfera estiver acima da linha na Figura 1, o óxido será reduzido e abaixo da linha o 22 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

10+11 Relação hidrogênio:água

Princípios Básicos O princípio básico da atmosfera do forno no recozimento de ligas a base de cobre é proteger o produto da oxidação. Para que isto seja alcançado, a pressão parcial de oxigênio da atmosfera precisa ser menor do que a necessária para formar o óxido. Mesmo o nitrogênio mais puro contém cerca de uma ou duas partes por milhão de oxigênio, e as perdas do forno são inevitáveis. Desta forma, para reduzir o oxigênio, ele é colocado em reação com um gás ativo, como o hidrogênio, como a seguir:

10+9 10+5

10+2 10-1

10-4

Ni Pb

10-7

10-10

200

400

600 800 Temperatura °C

Figura 1 – Limites de oxidação para diversos elementos

1000

1200

ARTIGO | Gases Industriais/ Combustão

da temperatura, fazendo com que nestes casos a zona de resfriamento seja a parte mais crítica do forno contínuo. Se a atmosfera deste forno for inflamável e permitir a queima na saída, a oxidação do produto pode ocorrer enquanto o mesmo passa por esta chama. Tais problemas podem ser evitados utilizando uma atmosfera que não seja inflamável ou assegurando-se que qualquer componente inflamável seja diluído para níveis abaixo do limite de inflamabilidade antes de chegar à saída. Estas necessidades diferentes, aliadas a necessidade de minimizar a quantidade total de gás utilizado (e assim minimizar custos), são atingidas mais facilmente se for utilizada a tecnologia de zonamento. Esta técnica permite o uso de atmosferas diferentes em diferentes zonas de um forno contínuo e ajuda a minimizar o consumo total da atmosfera. As conclusões esquematizadas na Figura 1 devem ser utilizadas com cautela, particularmente abaixo de cerca de 300°C, considerando que as condições de equilíbrio podem não se aplicar e que as reações são muito lentas. O que acontece está mais relacionado com as taxas de reação e disponibilidade química. Em baixas temperaturas, podem formar-se óxidos fora do equilíbrio de estanho e cobre, particularmente quando há baixa disponibilidade de oxigênio. Em temperaturas mais baixas, os óxidos formados nas ligas tendem a

refletir o elemento mais abundante na liga e não o mais ativo. Outros gases redutores podem ser utilizados para prevenir a oxidação. Gases gerados exotermicamente (exogás) sofrem combustão parcial com a mistura de gás natural contendo N2, CO, CO2, H2 e H2O. Em alguns casos este gás é utilizado no recozimento de ligas de cobre. Nas temperaturas típicas de recozimento, os componentes do gás estão em equilíbrio, e para determinar as tendências à oxidação é suficiente examinar a relação H2:H20. Algo que deve ser levado em consideração nas atmosferas de CO, além da sua toxicidade, é a possibilidade de formação de fuligens de carbono, particularmente na faixa entre 400 e 600°C de acordo com o produtor do gás ou reação de Boudouard: 2CO = CO2 + C Um papel adicional da atmosfera é remover lubrificantes não desejados no processo. Isto pode ser conseguido tanto por um método físico quanto pela reação do lubrificante com um componente da atmosfera. Em fornos contínuos, em geral, é necessário restringir o componente ativo da atmosfera para as áreas de entrada porque eles têm a tendência de oxidar os componentes nas temperaturas de recozimento. O mesmo ocorre para os fornos de batelada nos quais o processo precisa

Fig. 2. Tubos de cobre recozidos utilizando atmosfera de nitrogênio produzido de forma não criogênica e hidrogênio.

ser completado muito antes da temperatura de recozimento ser atingida. Para alguns lubrificantes, isto pode significar um tempo de permanência à uma temperatura intermediária na rampa de aquecimento na qual a volatilização ou reação é essencialmente completada. Cobre Não é fácil oxidar o cobre e, como pode ser visto na Figura 1, ele se posiciona abaixo da maioria dos metais não-ferrosos comuns. É uma prática comum recozer o cobre tanto em exogás quanto em vapor. O primeiro contém algum CO que pode se decompor em fuligens e CO2, e o último é caro. Uma alternativa limpa e sem toxicidade é a utilização de nitrogênio de alta pureza com pequenas adições de hidrogênio (1-2% dependendo da impermeabilidade do forno). No entanto, é necessário mencionar que as atmosferas para recozimento de cobre não devem conter mais do que 2% de hidrogênio para evitar fragilidades. Enquanto o nitrogênio/hidrogênio de alta pureza sem dúvida alguma resultam na mais alta qualidade final, há opções mais baratas, que com as devidas precauções, podem produzir um resultado tão bom quanto (Fig. 2). Os custos podem ser reduzidos substituindo o nitrogênio de alta pureza por um nitrogênio de pureza mais

Fig. 3. Planta de geração de nitrogênio ADSOSS-N

23 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

ARTIGO | Gases Industriais/ Combustão

baixa da ADSOSS®, que é um gerador de nitrogênio não-criogênico (Fig. 3). A pequena quantidade de oxigênio presente no nitrogênio reagirá com parte do hidrogênio formando vapor de água, que como dito anteriormente não oxida o cobre. Infelizmente a reação é lenta, e devem ser seguidas etapas para assegurar que a reação seja completada antes do gás de mistura reagir com a peça. Há várias formas para se fazer isto, mas talvez a mais efetiva seja passar o gás de mistura por um catalisador antes de inserí-lo no forno. O nível de hidrogênio também precisa ser ajustado levando em consideração que parte dele

reagiu com o oxigênio. Se o tempo de permanência do cobre à atmosfera de recozimento for pequena (como por exemplo, em um recozimento contínuo de fios para cabos elétricos), então, o aumento da quantidade de oxigênio livre pode ser tolerado com o aumento da velocidade. Para o recozimento de cabos mais pesados em fornos tubulares, será necessário o uso de nitrogênio de alta pureza com 1 ou 2 ppm de oxigênio livre. Onde as velocidades são mais altas no recozimento por indução de arames finos, os níveis de oxigênio podem atingir até cerca de 3%, permitindo o uso do nitrogênio gerado não-criogenicamente di-

Fig. 4. Arames de latão após recozimento em forno tipo campânula em atmosfera de hidrogênio puro (100%) com alta integridade HlCON/H2 (A foto é uma cortesia da Ebner-Industrieofenbau)

24 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

retamente como atmosfera protetora. Latão O problema do latão é muito diferente do problema do cobre. O zinco oxida muito mais que o cobre. Para tornar o problema ainda pior, tanto o zinco quanto o seu óxido volatilizam em temperaturas elevadas. O zinco pode volatilizar das bobinas de latão e oxidar formando manchas brancas nas bordas da bobina. Se o óxido de zinco se forma em altas temperaturas, ele também volatiza nestas temperaturas e re-precipita nas partes mais frias do forno, incluindo a região de resfriamento, formando uma coloração branca disforme. Nenhuma das atmosferas geradas da combustão parcial dos gases do combustível hidrocarboneto é adequada para o recozimento brilhante do latão, apesar disto, algumas vezes são aplicadas atmosferas geradas endotermicamente. Mais uma vez, entretanto, a reação de Boudouard precisa ser considerada, pois tais atmosferas contêm CO, que se tornarão fuligens e descolorirão os componentes. Na maioria dos fornos é adequada a mistura do nitrogênio de alta pureza com 40% de hidrogênio, apesar disto muitos operadores utilizam 100% de hidrogênio em fornos de campânula de alta integridade para uma maior qualidade do produto (Fig. 4). É recomendado que o ponto de orvalho seja mantido em menos de -40°C. O sistema de controle HYDOFLEXTM pode ser utilizado para assegurar as condições ótimas da atmosfera em todo o tempo no forno contínuo. É possível utilizar menos hidrogênio se o forno for bem impermeável (por exemplo, para um forno contínuo com corcova ou fornos onde seja aceitável um acabamento que não seja totalmente brilhante). A amônia craqueada também pode ser utilizada, mas com as ressalvas apresentadas abaixo para o bronze. Bronze O estanho, além de não ser oxidado tão facilmente quanto o zinco, forma um óxido estável protetor nas temperaturas de recozimento. Isto faz com que o bronze seja protegido mais facilmente durante o processo. Apesar de um exogás rico poder

ARTIGO | Gases Industriais/ Combustão

ser aplicado, ele contém mais CO do que o gás pobre utilizado para o recozimento do cobre. Assim, aumenta-se a toxicidade e propensão a formação de fuligem. A alternativa não-tóxica é o nitrogênio/hidrogênio. Uma solução para o fornecimento da mistura nitrogênio/hidrogênio é a amônia craqueada. Neste caso, entretanto, a proporção de hidrogênio necessária está bem abaixo de 75% da produção, e as economias são muito pequenas. Elas podem ser melhoradas diluindo a amônia craqueada em nitrogênio de alta pureza. Se o equipamento de craqueamento não possuir uma boa manutenção, pode ocorrer uma propagação da amônia, resultando em um ataque corrosivo nas ligas a base de cobre. A solução ótima é, entretanto, utilizar uma mistura de nitrogênio de alta pureza com hidrogênio de alta pureza. A proporção de hidrogênio usualmente necessária depende da estanqueidade do forno utilizado. Se possível, a proporção deve ser mantida abai-

xo de 4,9%, que está abaixo do limite explosivo. Na maioria dos fornos bem selados isto não é um problema, e têm sido empregados com sucesso níveis em torno de 2%. Outras ligas Outras ligas a base de cobre contêm elementos de liga ativos como o alumínio, o berílio e o zinco, mas em quantidades relativamente baixas. Estas ligas podem ser recozidas em atmosferas protetoras baseadas em gases gerados exotermicamente, como descrito acima. Entretanto, as misturas nitrogênio/hidrogênio são preferíveis devido à facilidade de ajuste do potencial de redução além das considerações a respeito de toxicidade e fuligem (Fig. 5). A liga Monel 400 (66%Ni, 0,12%C, 0,90%Mn, 1,35%Fe, 0,15%Si, 31,5%Cu) e outras ligas similares permanecem brilhantes e livres de descoloração quando tratadas termicamente em atmosfera redutora. Sumário Apesar de fixado que a necessidade básica

da atmosfera seja manter qualquer liga brilhante durante o recozimento, as técnicas disponíveis para alcançar estas necessidades são numerosas. O método ótimo para que isto seja atingido em termos de custo, desempenho e meio ambiente dependem de diversos fatores, incluindo tipo e tamanho do forno. Várias fontes de informação estão disponíveis, incluindo a Cooper Development Association (helpline@cooperdev.co.uk), fornecedores de gás industrial como a Linde Gas (heat-treatmente@linde-gas.com) ou produtores de fornos especializados como a Ebner-Industrieofenbau (sales@ebner.cc). IH Para mais informação: Contate o Dr. Paul Stratton, CEng CSci FIMMM, heat-treatment and electronic-packaging application development, Linde AG BOC, Rother Valley Way, Holbrook, Sheffield, S20 3RP, UK; tel: +44 1484 328736; e-mail: heat-treatment@linde-gas. com; web: www.linde-gas.com

25 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

ARTIGO | Tratamento Térmico de não-ferrosos

Fig. 4. As portas, carrossel e robôs são controlados através de um sistema automatizado central

Novas Tecnologias de Tratamento Térmico para Blocos e Cabeçotes de Alumínio T. D. Donofrio – Can-Eng Furnaces, Ltd.; Niagara Falls, CANADÁ Focados nas pressões constantes em relação à qualidade final e ao custo de produção, as indústrias de componentes automotivos tem buscado métodos novos e eficientes para o tratamento térmico de componentes de alumínio em grandes quantidades. Neste artigo, a Can-Eng Furnaces Ltd, descreve como peças de alumínio tanto fundidas como conformadas podem se beneficiar de um moderno sistema de forno rotativo desenvolvido para se beneficiar dos conceitos improdutivos da manufatura.

ste moderno forno rotativo contínuo é baseado em características e conceitos de seu antecessor, mas integra múltiplos níveis de carrosséis de modo a elevar a capacidade do sistema.

Sistema tratamento térmico rotativo contínuo (BHTS®) A patente-pendente BHTS (Basketless Heat-Treatment Systems) pode ser orientada em um layout lado a lado que visa aperfeiçoar simultaneamente a tecnologia dos processos de solubilização e de envelhecimento. A maior vantagem deste sistema é que as peças de alumínio podem ser colocadas individualmente no sistema rotativo eliminando qualquer necessidade de cestas transportadoras. Um sistema movimentação robótico com braço flexível movimenta as peças da mesa de alimentação até a sua posição específica no carrossel dotado de vários níveis. As peças fundidas são posicionadas adequadamente no carrossel e colocadas no forno. O carrossel assegura que cada peça seja corretamente acondicionada e receba uma circulação de ar uniforme durante as etapas de aquecimento rápido e encharque no processo. Características do Projeto do Forno Localizado no centro do forno, um ventilador de fluxo axial 26 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

recircula grandes volumes de ar aquecido para cada nível do carrossel. Um defletor de distribuição direciona o ar, por convecção forçada à alta velocidade, através da câmara de trabalho retornando para uma região de alta pressão, onde o ar é aquecido e reintroduzido na câmara de trabalho. O carrossel é suportado por uma base rotativa dentro de uma casca cilíndrica. Desenvolvido e manufaturado para trabalhar com famílias de produtos de geometrias similares, o carrossel pode ser facilmente modificado para processar produtos diferentes. As características dos produtos são cuidadosamente consideradas durante o projeto do sistema do forno de modo a assegurar que as peças sejam corretamente apoiadas para que não ocorram danos ou distorções. O projeto do carrossel baseia-se em uma estrutura planejada para suportar a massa das peças na temperatura de processamento. A base é montada com um sistema de fácil acesso ao mecanismo que provê a rotação do carrossel externa à zona quente. Há comunicações entre o sistema de movimentação e os sensores do carrossel que controlam cada posição de rotação, assegurando um exato posicionamento das peças. Cada nível do forno é acessível através de um sistema independente de portas. A abertura e fechamento das portas,

ARTIGO | Tratamento Térmico de não-ferrosos

a rotação do carrossel e a movimentação robótica são todas controladas e verificadas através de uma central de processamento programável. A inspeção do sistema é feita através de portas localizadas nas seções superior e inferior da casca cilíndrica. Para os casos onde há resíduos de areia de fundição agregados as peças, foi instalado integrado ao sistema do forno um simples coletor de areia acoplado a um sistema de descarte. Um sistema singular para o escoamento das peças simplifica a têmpera de forma que o sistema seja menor e possa ser montado no nível do chão, sem a necessidade fossos e equipamentos adicionais. Melhorias no sistema de têmpera Os projetistas de fornos têm buscado o desenvolvimento de um sistema de têmpera uniforme para integração com os sistemas de tratamento térmico em batelada ou rotativos. Isto é em grande parte devido às densas cargas observadas, variações na consistência das cargas, desalinhamentos das cestas e limitações no uso do meio de têmpera de modo uniforme e confiável. Os engenheiros de desenvolvimento têm entendido que a têmpera das peças fundidas de alumínio é uma das etapas de processamento mais críticas e dominantes para a produção de tensões residuais. Este entendimento levou ao desenvolvimento e a melhoria do sistema de têmpera para que este pudesse ser integrado com a atual tecnologia BHTS. O objetivo foi desenvolver um sistema que provesse uma elevada uniformidade de têmpera e flexibilidade para o processamento de diversos componentes. Seguindo-se estes desenvolvimentos, novos métodos de têmpera foram disponibilizados para as indústrias de manufatura de blocos e cabeçotes. Estes novos métodos oferecem uma combinação de benefícios em relação às tecnologias tradicionais. As melhorias mais importantes incluem a têmpera individual das peças tanto para os processos em batelada quanto contínuos. Como resultado da capacidade de tratar

individualmente os fundidos-temperados, houve uma significante melhoria da uniformidade de têmpera ao longo das secções das peças. Isto foi alcançado através do controle independente e monitorado dos bicos de distribuição do meio de têmpera. Estes sistemas de têmpera, integrados com o processamento in-situ monitorado e em regime fechado, asseguram a distribuição uniforme do meio de têmpera. Os sistemas de têmpera para integração com o sistema BHTS provêm benefícios sobre os sistemas convencionais de têmpera em batelada. O benefício mais significante está associado com a redução do tamanho do sistema. Isto é realizado pela movimentação peça a peça dos produtos através de um sistema mais eficiente. Em geral, o sistema BHTS pode ser montado no nível do piso, eliminando-se a necessidade de custos extras para fossos ou infra-estruturas adicionais. Os sistemas de recirculação, aquecimento e resfriamento apresentam-se mais eficientes para as operações em estado estacionário para carregamentos do tipo batelada. A temperatura do meio de têmpera pode ser controlada para permanecer dentro de uma pequena faixa, elevando-se a uni-

formidade peça a peça, o que contribui para a melhoria dos valores CpK da qualidade do produto. A integração dos novos desenvolvimentos do processo de têmpera tem produzido um grande número de novas oportunidades para desenvolvimentos futuros dos sistemas de têmpera. Estes novos conceitos estão abrindo portas para o desenvolvimento de tecnologias híbridas de têmpera que fornecem um gradiente de têmpera em combinação com o meio de têmpera.

Fig. 1. Peças são colocadas individualmente no sistema rotativo

Fig. 2. Sistema de braço robótico flexível para movimentação de peças

Benefícios do sistema O consumo de energia, e o CO2 são reduzidos Eliminando-se as cestas tem se observado considerável redução do consumo de energia elétrica e da quantidade de energia gasta no processamento. As indústrias têm observado uma redução mínima de 40% no consumo de combustível quando comparado com processos similares para o tratamento de solubilização e de envelhecimento de componentes processados em fornos rotativos convencionais. Como resultado da redução do consumo de combustível as emissões de CO2 também foram reduzidas.

27 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

ARTIGO | Tratamento Térmico de não-ferrosos

Economias em gastos com peças e necessidades da manutenção O mecanismo simplificado de transporte das peças reduz o tamanho e a complexidade do sistema quando comparado com a intensiva manutenção dos sistemas rotativos e de correntes que empregam componentes para movimentação internos ao forno. O posicionamento das peças dentro do sistema é mantido constante devido ao uso de transportes externos, eliminando a movimentação dentro do forno. A redução do transporte, dos componentes da recirculação e de aquecimento reduzem os gastos com peças sobressalentes bem como com o operador e com as manutenções envolvidas. Estes sistemas têm apresentado uma redução de 75% nas necessidades de componentes mecânicos, quando comparados com os sistemas de forno rotativo ou de correntes. Maior uniformidade e melhor qualidade O processamento individual das peças tem melhorado a qualidade do produto reduzindo o gradiente de temperaturas ao retirar as densas cestas e otimizar o processo de têmpera. Através da melhoria da uniformidade de têmpera, as propriedades mecânicas tiveram melhoria dos valores CpK em 10-20%. Melhoria do tempo de processamento Outro igualmente importante benefício do processamento individual das peças é a redução dos tempos dos ciclos. O manuseio individual das peças reduz o tempo necessário para levar as peças até as temperaturas de solubilização ou envelhecimento. Estas melhorias do processo permitem às indústrias a habilidade de melhorar a sintonia de seus processos de modo a obter a melhor combinação entre o tempo do ciclo e a produtividade. Testes demonstraram que a redução dos perfis de aquecimento foi superior a 20%. Custos de expansão reduzidos As indústrias têm em geral um sistema de uma linha longa para alcançar o mesmo tempo de encharque para o processamento de peças fundidas de 28 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

Fig. 3. O produto é transferido pelo braço robótico para o sistema rotativo

alumínio. O design cilíndrico e compacto do BHTS tem um custo de expansão do espaço físico pequeno e um pequeno volume do forno de cerca de 30% de um forno rotativo convencional. Flexibilidade de têmpera, consistência e eficiência O sistema permite que diferentes tipos de meios de têmpera sejam utilizados dependendo do resultado final desejado. Blocos de motor e cabeçotes podem ser processados com a integração de água, têmpera de precisão a ar ou sistemas híbridos. A eficiência dos sistemas de têmpera foi melhorada através do desenvolvimento de sistemas de têmpera menores e que trabalham em regime de estado estacionário ao invés dos sistemas em regime de batelada que são cíclicos e tendentes a variações. Tendências da manufatura Finalmente os inventários dos trabalhos em processos podem ser reduzidos, melhorando as tendências dos processos de manufatura. As indústrias de fundidos e forjados em alumínio agora possuem alternativas para avaliação das novas necessidades em relação a

capacidades. As eficiências melhoradas do processo BHTS podem ajudar muito as indústrias a superar as competições industriais e a assegurar repetibilidade. Conclusões As indústrias de manufatura de grandes quantidades de peças fundidas para blocos de motor e cabeçotes de alumínio podem se beneficiar das melhorias que podem ser obtidas do uso do novo sistema de tratamento térmico sem o uso de cestas transportadoras e das novas tecnologias de têmpera. A Can-Eng Furnaces tem comercializado diversos sistemas para a manufatura de grandes quantidades de peças para a indústria automotiva. Estes usuários estão explorando os numerosos benefícios deste eficiente sistema de tratamento térmico sem cestas transportadoras (BHST) sobre os sistemas convencionais rotativos ou de correntes. IH Para mais informações : Tim Donofrio é gerente de produtos da Can-Eng Furnaces International Limited, 6800 Montrose Road, Niagara Falls, ON, Canadá L2E 6V5. Telefone: 905-356-1327, fax: 905-356-1817. E-mail: tdonofrio@can-eng.com. Home-page: www.can-eng.com

ANÚNCIO

O evento será realizado no período de 25 a 28 de abril de 2010, no Hotel Tauá em Atibaia/SP.

erá realizada, entre os dias 25 a 28 de Abril de 2010, a 5ª Conferência Brasileira sobre Temas de Tratamento Térmico (TTT). O encontro, que acontecerá no Hotel Tauá em Atibaia, São Paulo, almeja uma maior participação de usuários de produtos e serviços em tratamento térmicos ligados as indústrias automotiva, mecânica, siderúrgica, eletrônica, de eletro-doméstico, petroquímica, entre outras. Além disso, a conferência tem como objetivo principal promover a comunicação entre os profissionais da área, institutos de pesquisas e instituições acadêmicas que tenham interesse em equipamentos e acessórios de tratamento térmico. Participaram da edição anterior (2008) do TTT aproximadamente 150 pessoas e foram apresentados 60 trabalhos técnicocientíficos. Em 2010 a conferência espera reunir cerca de 400 pessoas.

Nesta edição será realizado em conjunto, o Segundo Seminário de Indução promovido pela empresa Inductotherm. Confira no site a programação preliminar www.metallum.com.br/ttt2010

Modalidades Disponíveis Stand – 9 m² com montagem básica, testeira com logomarca, uma mesa com três cadeiras e um balcão. Palestra Técnico-Comercial – 30 minutos na programação do evento para a apresentação de uma palestra. Convites – até 10 convites personalizados para seus clientes ou colaboradores com acesso livre ao evento. Institucional – divulgação da logomarca no site, informativos, boletins e na sinalização do evento.

Artigos Técnicos Estudo de caso e contribuições técnicas

podem ser utilizados para apresentações, na forma de palestra, programa oral e pôsteres. Envie o seu resumo através do site www.metallum.com.br/ttt2010. Os resumos serão avaliados pela comissão científica do evento, e os trabalhos aprovados vão concorrer a prêmios oferecidos por empresas em diversas categorias. Apresentadores de trabalhos terão preço diferenciado na taxa de inscrição (confira na tabela de preços).

Público Alvo O público alvo abrange diretores e gerentes industriais, de produção, de tratamento térmico; os gerentes de qualidade, de engenharia do produto, de pesquisa e desenvolvimento; os engenheiros de materiais, mecânicos, metalurgistas, químicos; os técnicos destas modalidades; e demais profissionais envolvidos com a atividade de tratamento térmico e análise de estruturas

TEMAS ABORDADOS • Tratamentos térmicos e termoquímicos de ferrosos • Tratamentos térmicos de não ferrosos • Metalurgia física e transformação de fases • Técnicas de caracterização microestrutural • Efeito de elementos de liga sobre a 30 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

microestrutura e propriedades • Análise de defeitos e falhas • Banhos de sal, atmosferas e meios de resfriamento • Equipamentos para controle de processo e de qualidade • Sistemas de aquecimento por indução • Fornos, periféricos e insumos • Limpeza, preparação e acabamento

• Manutenção • Automação e instrumentação • Simulação • Qualidade e produtividade • Tendências, desenvolvimentos e novas tecnologias • Novos mercados e perspectivas • Segurança e meio ambiente • Gestão

e propriedades mecânicas. Os usuários finais de produtos ou componentes tratados termicamente serão convidados a participar do evento. O objetivo principal deste evento é promover um melhor contato entre os profissionais envolvidos na atividade de tratamento térmico, qualidade, engenharia do produto e pós-venda; representantes, fabricantes de equipamentos

e insumos, institutos de pesquisas e instituições acadêmicas e profissionais que tenham interesse em tratamento térmico e seus equipamentos e acessórios.

Secretaria e Realização:

Coordenação:

Metallum Eventos Técnicos e Científicos Vila Polo Poli - São Paulo - Brasil Fone: 55 11 3731-8549 www.metallum.com.br/ttt

Francisco Ambrozio Filho – FEI Jorge Kolososki – FEI Lucio Salgado – IPEN

Confira a Programação Preliminar da 5ª Conferência sobre TTT

Valores para Taxa de Inscrição Antes de 12/04/2010

Após 12/04/2010 (somente na secretaria do evento)

Participante

R$ 500,00

R$ 600,00

Apresentador

R$ 200,00

R$ 250,00

Estudante de pós-graduação

R$ 200,00

R$ 250,00

Estudante de Graduação

R$ 100,00

R$ 110,00

Convidado de Patrocinador

R$ 400,00

R$ 480,00

Patrocinador /Palestrante Convidado

Isento

www.revistaIH.com.br - Fevereiro 2010 31

Eventos da Indústria MARÇO

MAIO

15-18 Techmei 2010 : Feira internacional de tecnologia em máquinas e equipamentos industriais - Expo Center Norte, São Paulo, SP - www.techmei.com.br

03-06 AISTech 2010 Pensilvânia, EUA - www.aist.org

29-31 MIM – 2009 - Conferência Internacional sobre a moldagem por injeção de metal, Cerâmica e Carbonetos - Long Beach; California, EUA www.mima.org

11-14 Metal + Metallurgy China 2010 Beijing, China - www.mm-china.com

ABRIL 09 Treinamento de Metalurgia em Pó - Laboratório de Transformação Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Porto Alegre, RS www.ufrgs.br

11-15 28ª Feira Internacional da Mecânica São Paulo, SP www.mecânica.com.br

14-16 21º Congresso Brasileiro de Siderurgia – São Paulo, SP www.acobrasil.org.br

12-13 Wire Expo 2010 Winsconsin, EUA - www.wirenet.org

15-16 Treinamento em Forjamento Laboratório de Transformação Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Porto Alegre, RS www.ufrgs.br

18-20 Expoalumínio 2010 São Paulo, SP www.expoaluminio.com.br

20-22 Forge Fair 2010 Mostra Internacional de Tecnologia da Forjaria Cincinnati, Ohio, EUA

JULHO

25-28 TTT - Temas de Tratamento Térmicouro – Atibaia, SP www.metallum.com.br 29-30 Treinamento em Corte/Dobra/ Repuxo Laboratório de Transformação Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Porto Alegre, RS www.ufrgs.br

32 Fevereiro 2010 - www.revistaIH.com.br

26-30 International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering Rio de Janeiro, RJ www.abmbrasil.com.br 28-30 Mec Show 2010, Feira da Metalmecânica, Energia e Automação Vitória, ES - www.mecshow.com.br

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