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Têmpera em banho de sais, mufla ou a vácuo: os diferentes meios de tratamento térmico

Conheça as diferenças e a importância da têmpera em banho de sais, forno tipo mufla ou em forno a vácuo, na vida útil das ligas metálicas

Sinônimo de trabalho pesado, diversas peças metálicas são usadas em processos que exigem uma alta resistência e força mecânica. Porém, muitos metais possuem uma estrutura que, por si só, não suportariam tal pressão diária. É nesse ponto que entra em destaque a têmpera!

Esse é um processo que utiliza o aquecimento e resfriamento controlado para mudar a estrutura cristalográfica de um determinado material. Assim, estabilizando o carbono presente em sua composição e aumentando a dureza conforme a necessidade de quem busca esse processo térmico.

Confira abaixo mais algumas informações sobre a têmpera, suas diferentes formas de serem feitas e entenda o assunto com quem é especialista!

Têmpera: um processo cuidadosamente controlado

Em termos gerais, a têmpera opera com três etapas principais:

Aquecimento: onde a peça metálica começa a absorver calor;
Patamar: onde a temperatura já atingiu o o ponto ideal para que aconteça a mudança estrutural do metal em questão;
Resfriamento: onde, controladamente, o calor é extraído do material. Esta é uma das etapas mais críticas, pois, normalmente, o resfriamento deve ser o mais rápido possível, para que não haja tempo de a microestrutura voltar ao estado original. Entretanto, esta operação gera muitas tensões.

Temperar é modificar a estrutura de um material, onde há uma solubilização do carbono e demais elementos de liga presentes na composição química do mesmo. Essa característica eleva a dureza das peças metálicas e a sua ductilidade, possibilitando um uso melhor e mais duradouro nas indústrias.

Banho de sais, forno tipo mufla e forno a vácuo: quais são as diferenças?

Conforme a tecnologia e a aplicação de boas práticas foram avançando no setor metalúrgico, a modalidade a vácuo mostrou maiores vantagens quando falamos em têmpera. Porém, abaixo falaremos individualmente de cada forma de aplicação.

Banho de sais

Funcionando como um processo de imersão em uma espécie de poço cheio de sais apropriados, os quais conduzirão o calor para as peças metálicas. A temperatura e o tempo de permanência são calculados em função do tipo de material e a geometria da peça, a qual é submersa e emergida nesse banho.

A imersão da peça fria diretamente no banho de sais já aquecido gera choque térmico e muitas tensões. Motivo pelo qual, quem utiliza essa modalidade deve fazer uso de fornos auxiliares, para etapas de pré-aquecimento. Estes, vão aquecendo aos poucos o produto, minimizando assim as tensões.

O resfriamento é feito por imersão em outro equipamento, como por exemplo, em tanque de óleo, água, banho de sais com temperatura mais baixa etc. Ou seja, há a necessidade de se movimentar peças quentes.

Forno de Mufla

Normalmente, nos fornos tipo mufla a peça é aquecida junto com o forno, até chegar na temperatura ideal. Aqui, o princípio é semelhante ao de um forno convencional, como o que temos em casa.

Assim como no banho de sais, este processo não possui um sistema próprio de resfriamento. Ou seja, também há a necessidade de movimentação de peças quentes e, sem a adoção de uma forma de resfriamento segura, os aços podem sofrer tensões e trincas.

Forno a vácuo

É o que há de mais moderno em tratamento térmico, pois além de apresentar alta homogeneidade de temperatura em toda a câmara e um sistema de gerenciamento totalmente informatizado, a atmosfera sob vácuo protege a superfície das peças, eliminando a formação de carepas e/ou descarbonetação.

Além disso, o fato de ser equipamento totalmente informatizado, permite um maior nível de controle tanto do aquecimento quanto do resfriamento, tornando-os mais homogêneos entre a superfície e o núcleo da peça, minimizando assim as tensões.

Um outro diferencial é que o resfriamento ocorre no mesmo equipamento, ou seja, não há a necessidade de movimentação de peças quentes, o que traz mais segurança para a operação e também para as peças.

Outro ponto essencial é a repetibilidade de processos. Como os outros meios de tratamento térmico dependem do manuseio e da variável humana, um único minuto a mais em determinada temperatura pode ocasionar resultados diferentes nos materiais.

Além de tudo isso, o tratamento térmico em fornos a vácuo é ambientalmente correto, já que não há a emissão de poluentes e nem utilização de insumos nocivos ao meio ambiente e à saúde.

Sendo superior, por que não se usa apenas a têmpera a vácuo?

Mesmo com maiores vantagens sobre as outras formas de têmpera, há duas questões que impedem o uso absoluto do forno a vácuo:

Maior custo;
Ligas metálicas incompatíveis com esse tipo de forno.

Dependendo do tipo de liga ou aço que uma empresa utiliza e a verba disponível para a realização da têmpera, o banho de sal e o forno de mufla ainda podem ser mais viáveis. Contudo, não devemos ignorar seus riscos operacionais, a qualidade final e vida útil das peças e as questões ambientais, apenas pelo custo e economia.

Faça a têmpera com quem é especialista!

Após essa explicação sobre os diferentes meios de tratamento térmico, suas maiores vantagens e desvantagens, fica mais fácil entender qual processo térmico é ideal para as suas necessidades.

E se você ainda precisa de uma ajuda especializada, que realize o aprimoramento dos seus materiais, conte com a ISOFLAMA!

Com um know-how de quase 20 anos no mercado, contamos com equipamentos cada vez mais modernos e uma equipe especializada em avaliar, sugerir e realizar os serviços que você precisa com exatidão.

Entre em contato com a nossa equipe para mais informações, siga as nossas redes sociais para se manter atualizado em nossas novidades e confira outros materiais técnicos e informativos sobre o universo da metalurgia.

Até a próxima!

Processos que podem substituir a oxidação negra

Conheça a alternativa altamente eficiente da ISOFLAMA e veja os benefícios que nossos serviços podem trazer para o desempenho do seu componente

Primeiramente é importante sabermos que oxidação e corrosão são fenômenos distintos:

Oxidação: reação química na qual um elemento químico se une ao Oxigênio, formando um novo composto (Óxido). Nem toda oxidação resulta em corrosão.
Corrosão: termo geralmente empregado para se referir à destruição gradativa dos metais e também em “concreto” e polímeros.

Todos os metais sofrem corrosão, com exceção apenas do ouro e da platina. No entanto, no caso de alguns metais, essa corrosão apresenta uma ação desacelerada porque os compostos formados funcionam como uma espécie de proteção. O metal Cobre, por exemplo, produz o “Azinhavre”, mistura tóxica de Hidróxido de Cobre I e Carbonato de Cobre, que o protege contra a corrosão. De maneira parecida, aços inoxidáveis e o alumínio criam um filme passivo em sua superfície, que funciona como uma barreira à ação de agentes externos corrosivos.

A corrosão dos metais, portanto, é um processo que ocorre espontaneamente e causa grandes prejuízos para a indústria (caso de ferramentas, por exemplo) e civilização em geral (caso de pontes e estruturas metálicas, veículos etc), sendo assim, o desenvolvimento de tecnologias para minimizar estes efeitos deletérios é algo comum e necessário, principalmente com os avanços atuais.

Uma prática muito comum neste sentido, visa a proteção superficial de metais e produtos que possuem em sua base, ou seja, o processo de oxidação negra, adotado como estética. Mas também objetivando aumentar a durabilidade do produto, garantindo mais qualidade e resistência à corrosão.

Entretanto, como sabemos que o avanço é algo constante, novas tecnologias e métodos surgiram como alternativa para esse processo. A oxidação utilizando-se processos termoquímicos conduzidos em reatores de plasma, por exemplo, é uma metodologia de tratamento de superfície de metais utilizada – assim como a oxidação negra – para melhorar a resistência à corrosão e o aspecto estético de peças.

Pode parecer confuso de início, mas os especialistas da ISOFLAMA separaram as melhores dicas, informações e soluções para você conhecer a fundo esses processos. Confira!

O que é a oxidação negra?

A oxidação negra é um método químico de conversão de superfície, geralmente aplicado em aços carbono e ligas ferrosas. O processo de formação da oxidação negra realiza-se em baixas temperaturas, com a imersão da peça em óleo quente, banho de sal especial ou mesmo a frio (soluções especiais), os quais podem conter ácidos, óxidos metálicos e outros aditivos. A reação química resultante converte a superfície do metal em uma camada de óxido, comumente Magnetita (Fe₃O₄) ou Óxido de Ferro (FeO).

Assim, o resultado é a formação de um acabamento escuro, muito próximo do preto, e uniforme de óxido ferroso sobre a superfície do metal. Esse acabamento não apenas proporciona um aspecto decorativo negro como também aumenta a resistência das peças à corrosão.

A oxidação negra é amplamente utilizada em diversos setores da indústria mecânica devido à sua simplicidade, custo-benefício e segurança. Desta forma, uma ampla gama de aplicações é possível, abrangendo molas, corpos de válvulas, suportes de ferramentas, fixadores, moldes, componentes automotivos e diversas outras utilizações.

Vantagens da oxidação negra para a indústria

Proporciona uma camada de proteção contra corrosão, reduzindo a probabilidade de oxidação;
Melhora a aderência de lubrificantes e agentes de deslizamento;
Oferece um acabamento estético escuro, atraente para algumas aplicações.

Processo ISOX®: uma solução ISOFLAMA para a sua empresa

O processo ISOX® é uma inovação desenvolvida pela ISOFLAMA, que combina características dos processos de oxidação negra e oxidação com plasma. Desse modo, utilizamos uma solução especial contendo compostos químicos que, quando expostos a um plasma gerado por um arco elétrico, formam uma camada protetiva de coloração grafite.

Este processo baseia-se na utilização de um reator de nitretação iônica por plasma para desenvolver uma superfície oxidada em peças de ligas metálicas, como o aço por exemplo. Este processo, envolve aquecer as peças à temperaturas na ordem de 500ºC em um ambiente de baixa pressão com plasma formado pela mistura de H₂ e N₂. Em seguida, é adicionado gás N₂O e mantido por um determinado tempo para formação da camada de espessura e composição desejável.

Durante esse processo, ocorre a formação de uma camada de óxidos na superfície do material. Os principais óxidos formados são a Hematita (Fe₂O₃), e também a Magnetita (Fe₃O₄). A espessura total da camada de óxidos é em torno de 0,003 a 0,004 mm, sendo importante notar que camadas de espessuras maiores podem ser obtidas, dependendo das condições de processo.

Assim, é possível constatar que o processo de oxidação por plasma permite a formação controlada de uma camada de óxidos na superfície do aço. Desse modo, proporcionando melhorias nas propriedades de resistência à corrosão das peças metálicas.

Vantagens:

Excelente ancoragem da camada oxidada à superfície metálica, proporcionando maior durabilidade e resistência à corrosão;
Controle preciso sobre as propriedades da camada oxidada, permitindo ajustes na espessura e composição química conforme necessário, além de elevado índice de repetibilidade de resultados;
A camada oxidada promove uma espécie de barreira contra a interação de agentes externos com o metal da ferramenta ou componente. No caso de moldes para injeção de alumínio, por exemplo, ela evita a interação química do alumínio com a superfície do molde, aumentando a vida útil da ferramenta.

Quer saber mais sobre esse processo e como ele pode ajudar a sua empresa a alcançar mais resistência e qualidade em peças metálicas? Entre em contato com nosso time agora mesmo e confira todos os detalhes!

Não esqueça de continuar acompanhando o Infotec da ISOFLAMA, para ter acesso a mais dicas, informações e conhecer os melhores processos. Para não perder nossas novidades, você pode seguir a ISOFLAMA nas redes sociais!

Qual é a diferença entre os processos térmicos a frio realizados com nitrogênio líquido subzero e criogenia?

Saiba como esses processos são aplicados na indústria e quais suas vantagens

Quando pensamos em tratamento térmico, normalmente nos vem à mente altas temperaturas e peças incandescentes. Porém, existem os tratamentos térmicos realizados à baixíssimas temperaturas, utilizando-se, por exemplo, nitrogênio líquido. Técnica essa que oferece benefícios significativos nas propriedades mecânicas dos materiais.

Para entender mais sobre esse processo e sua importância para a indústria, neste artigo vamos explorar alguns detalhes sobre o método de aplicação do nitrogênio líquido nos processos industriais, desde sua base técnica até as diversas vantagens.

Assim, abordaremos a diferença entre os processos térmicos a frio com nitrogênio líquido subzero e criogenia. Destacando também, os efeitos dessas técnicas nos materiais e os métodos de aplicação específicos.

Além disso, analisaremos também, os benefícios proporcionados por esse tipo de tratamento térmico, assim como as suas implicações nas indústrias automotiva, aeroespacial, metalúrgica e outras.

Então, se você quer saber mais sobre essa técnica e descobrir as perspectivas futuras e as possíveis inovações nesse campo vislumbrando o potencial contínuo desse método, chegou ao lugar certo. Continue a leitura e confira!

O que são processos térmicos a frio?

Os processos térmicos a frio são técnicas de tratamento que envolvem a manipulação de materiais em temperaturas muito baixas, resultando em alterações nas suas propriedades físicas e mecânicas. Desse modo, esses processos são cruciais em várias indústrias devido à capacidade de melhorar a durabilidade, resistência e desempenho dos materiais. Além disso, são capazes de otimizar processos de fabricação e reduzir custos de produção.

Diferença entre criogenia e subzero na metalurgia

Na prática, os termos “criogenia” e “subzero” são frequentemente usados de forma intercambiável para descrever o mesmo processo de tratamento térmico, que envolve a exposição do material a temperaturas muito baixas. No entanto, tecnicamente, “criogenia” se refere ao estudo e à produção de temperaturas extremamente baixas, enquanto “subzero” simplesmente significa abaixo de zero grau Celsius.

Assim, o tratamento térmico de subzero geralmente se refere ao processo de resfriamento de um material a temperaturas abaixo de zero grau Celsius. Mas, não necessariamente tão baixas quanto as temperaturas criogênicas típicas, que podem chegar a -196°C ou até mais baixas. Em resumo, a criogenia é um termo mais específico para temperaturas extremamente baixas, enquanto subzero é um termo mais genérico que pode incluir uma faixa mais ampla de temperaturas abaixo de zero.

Em metalurgia, por convenção, temos que:

Subzero: consiste da operação de resfriamento do aço a temperaturas abaixo de zero grau, geralmente entre -70ºC e -120ºC, utilizando-se soluções líquidas compostas da mistura de Nitrogênio líquido mais substâncias, tais como: Álcool, Acetona, CO₂ líquido ou adições de gelo seco.

Criogenia: consiste do resfriamento do aço em Nitrogênio líquido para alcançar a temperatura deste, ou seja, -196ºC.

Por que realizar o Subzero, ou Criogenia?

Certas ligas ferrosas, em função do teor em Carbono, elementos de liga e condições de resfriamento (taxa), deslocam para baixo (no diagrama TRC) as temperaturas de início (Mi) e fim (Mf) de transformação Martensítica. Nesses casos, quando o aço alcança a temperatura ambiente, apresentará uma determinada quantidade (% em volume) de Austenita não transformada, o que chamamos de “Austenita Retida”.

Essa Austenita Retida não é desejável, pois interfere negativamente em propriedades como resistência à compressão, tenacidade, resistência ao desgaste e na estabilidade dimensional durante o uso da ferramenta, além de, também ser prejudicial a processos como eletroerosão, retífica e posteriores processos termoquímicos aos quais a ferramenta venha a ser submetida, como nitretação e/ou revestimentos tipo PVD, onde pode causar, por exemplo, variações dimensionais e alterações de durezas. Portanto, essa Austenita retida precisa ser transformada em Martensita, já que as propriedades mecânicas dos aços são atendidas plenamente quanto maior a uniformidade microestrutural.

Esta transformação pode ser obtida através da realização de revenimentos ou do uso destes dois meios de resfriamento, os quais forçarão a transformação da “Austenita Retida” em Martensita. Portanto, o tratamento Subzero age para melhorar a uniformidade microestrutural e a estabilidade dimensional.

ISOCRIO^®

Processo ISOFLAMA de tratamento térmico em baixas temperaturas, que podem variar entre -70ºC e -196ºC, visando a transformação da Austenita Retida em Martensita

Procedimento

Metalurgicamente, o ideal é que o subzero ou criogenia sejam realizados logo após o resfriamento da têmpera. Porém, devido ao elevado nível de tensões a que a peça será exposta, em certas situações é recomendável sua realização entre o primeiro e o segundo revenimentos.

De modo geral, a operação consiste na imersão da peça de aço em Nitrogênio líquido (Criogenia) ou solução líquida de Nitrogênio e Álcool (Subzero) por, pelo menos, uma (1) hora e, em seguida, aguardar o retorno à temperatura ambiente. Na sequência, realizar o processo térmico de alívio de tensões ou revenimentos, visando a adequação/ajuste da dureza.

Quando utilizar o ISOCRIO®?

A decisão pela sua utilização depende de:

Composição química do aço;
Parâmetros de tratamento térmico utilizados: temperatura de austenitização e taxa de resfriamento na têmpera;
Geometria da peça.

A “geometria da peça” é fundamental importância, pois no tratamento térmico Subzero ocorre a formação de elevadas tensões e, consequentemente, maior risco de nucleação de trincas nas áreas de concentração destas tensões.

Vantagens

Como estes processos forçam a transformação da Austenita retida em Martensita, temos os seguintes benefícios:

Uniformidade microestrutural;
Estabilidade dimensional em trabalho;
Aumento da tenacidade;
Aumento da resistência ao desgaste;
Aumento da resistência à compressão;
Aumento da dureza em determinadas situações.

Limitações:

Conforme comentado anteriormente, o tratamento térmico em baixas temperaturas pode trazer vantagens, mas também traz riscos, motivo pelo qual devemos ter especial atenção a alguns fatores limitantes, como:

Dimensão de equipamento;
Controle da temperatura da solução do processo;
Operação exige extremo cuidado na manipulação das peças;
Aplicável para até determinadas dimensões de peças;
Risco de trinca cresce conforme dimensão e geometria da peça;

Diante do exposto, fica claro que não é possível generalizar a prática do subzero, pois há riscos envolvidos. Em certas situações, a realização de vários revenimentos (desde que respeitando-se os tempos e temperaturas corretos), por exemplo no caso de aços alta liga, como os das classes trabalho a frio e aços rápidos, pode produzir efeito similar na redução dos teores de “Austenita Retida”. Sendo assim, é sempre recomendável consultar nossa assessoria técnica para juntos definirmos qual a melhor rota de tratamento térmico para cada situação, levando-se em conta os objetivos desejados, a geometria da peça e os riscos envolvidos.

Leitura complementar: aplicação do Nitrogênio líquido na indústria

Como vimos, o Nitrogênio líquido pode ser utilizado em operações de tratamento térmico a frio de peças confeccionadas em aços, mas sua aplicação na indústria em termos de tratamentos térmicos não se limita ao setor metalúrgico. Sendo assim:

Indústria alimentícia

Este método é frequentemente utilizado na indústria alimentícia para congelar alimentos de forma rápida e eficiente como sorvetes, carnes, frutas e vegetais, preservando sua qualidade, textura e sabor.

Indústria eletrônica

Na indústria eletrônica, o Nitrogênio líquido é utilizado no resfriamento de componentes eletrônicos durante processos de fabricação, como a soldagem. Isso porque, ele ajuda a evitar danos térmicos aos componentes sensíveis e garante a qualidade dos produtos eletrônicos.

Armazenamento criogênico e criopreservação de materiais biológicos

O armazenamento criogênico de materiais biológicos, como células, tecidos, órgãos e amostras de DNA, também pode utilizar este tipo de processo. Portanto, biobancos, laboratórios de pesquisa e clínicas de fertilização in vitro a empregam para preservar material biológico a longo prazo.

Por fim, a criopreservação de células-tronco, óvulos, espermatozoides e outros materiais biológicos para uso em pesquisa médica, reprodução assistida e terapias regenerativas também podem empregar o Nitrogênio.

Essas são apenas algumas das muitas aplicações do Nitrogênio líquido na indústria. Afinal, sua versatilidade, baixa temperatura e capacidade de resfriamento rápido o tornam um componente essencial na variedade de processos industriais. Assim contribuindo para a produção de produtos de alta qualidade e o avanço da ciência e da tecnologia.

Quer saber mais sobre esses processos e muitos outros que podem potencializar a rotina industrial? Acompanhe o Infotec da ISOFLAMA e tenha acesso a inúmeros conteúdos sobre o assunto. Nos siga também nas redes sociais para ficar por dentro das novidades em primeira mão!