Cementação por atmosfera de gás: Estudos de caso, lições aprendidas – Parte I

Cementação por atmosfera de gás: Estudos de caso, lições aprendidas – Parte I

Começamos com um conto interessante sobre o que acontece se nós seguirmos ingenuamente. Basta perguntar às quatro jovens Ostras que ficaram encantadas com a conversa aparentemente ociosa da Morsa e o Carpinteiro, terminando como o prato principal no jantar. “Chegou a hora”, disse a Morsa, “Para falar de muitas coisas: De sapatos – e navios – e lacre – de repolhos – e reis. E por que o mar está quente, fervente. E se os porcos têm asas.”

As Histórias das Ostras Curiosas, Lewis Carroll, em Alice no País das Maravilhas, 1872.A cementação por atmosfera de gás é um processo tão familiar para a maioria dos profissionais de tratamento térmico que é muitas vezes tido como óbvia. Nós confiamos nas leituras das nossas sondas de oxigênio para nos mantermos seguros, e esperamos que o resultado do processo nunca mude. Mas, ocasionalmente, nós temos problemas, e quando temos, lições valiosas surgem. Vamos aprender mais.Vamos começar olhando para diversos fatores externos e internos que podem afetar o processo de cementação, descobrir questões relacionadas ao processo e/ou variabilidade dos equipamentos, descobrir onde as armadilhas podem mentir e falar sobre o que podemos fazer para evitá-las.

Carregamento da Carga

Muitas vezes, a variação na profundidade da camada superficial e outros problemas de cementação podem ser rastreados até a forma como as peças são carregadas nos cestos e sua fixação. Os arranjos das cargas geralmente se enquadram em uma das duas categorias: limitadas por peso ou volume. Em ambos os casos, durante o carregamento das peças em cestos ou sobre suportes do forno, o nosso primeiro impulso é o de maximizar a eficiência de carga. No entanto, os profissionais também devem se preocupar com o espaçamento adequado entre as peças (ou seja, posicionando as peças dentro da carga para transferência de calor ideal), circulação atmosférica, uniformidade da temperatura e extração de calor durante a têmpera (para minimizar a distorção). E enquanto a tentativa e o erro muitas vezes são os caminhos mais prudentes, também devemos levar em consideração:

• Fatores induzidos do forno (muitas vezes uma função do estilo do forno em uso). Estar ciente das limitações do processo induzidas por um determinado projeto é uma ajuda inestimável quando as coisas dão errado.• Geometria da peça e os fatores de orientação. Temos de nos fazer as seguintes perguntas: “Quanto espaço deve ser deixado entre as peças?” e “É possível ou mesmo prudente carregar aleatoriamente (Fig. 1) ou aninhar?”

Por exemplo, pistas de rolamentos de vários diâmetros – uma configuração típica de carga limitada por volume – são frequentemente aninhados uns dentro dos outros, produzindo uma carga de trabalho “opticamente densa” que é difícil de ser aquecida uniformemente em muitos casos. Neste exemplo, o ciclo deve ser ajustado para permitir um tempo suficiente para que as peças interiores atinjam a temperatura necessária. Aqui, o recirculador do forno (tipo, velocidade, direção de rotação, posição) desempenha um papel significativo no processo de aquecimento. Os fixadores são outro exemplo de onde o carregamento aleatório em unidades contínuas ou de lote (Tabela 1) é mais frequentemente usado para lidar com o grande volume de peças a serem trabalhadas. Neste caso, a penetração da atmosfera durante a carga e a limpeza das peças que entram no forno que permitam o tempo e temperatura adequados são considerações que devem ser levadas para o processo. Se as peças não forem carregadas em lote, uma boa regra é que a distância vazia ao redor da peça não deve ser menor do que 25% e nem superior a 75% do diâmetro do invólucro das peças (Tabela 2).

Limpeza da Peça

Embora a cementação por atmosfera de gás exija apenas um nível moderado de limpeza (em comparação a muitos outros processos ou indústrias), as contaminações, tais como óleos de corte e resíduos na peça, podem causar significativos problemas tanto no nosso equipamento (Fig. 2) como perante as próprias peças. A cementação e a carbonitretação tendem a ser muito mais tolerantes no que diz respeito à quantidade de contaminação (por exemplo, óleos, água, resíduos de limpeza etc.) que pode ser tolerada sem interferir com o desenvolvimento da camada superficial e com a qualidade da microestrutura resultante. Ainda assim, é importante lembrar que a limpeza deve ser feita até, pelo menos, um nível adequado para a aplicação pretendida.

Problemas no Processo de Cementação e suas Soluções

Profundidade Inadequada da Camada Superficial

Não atingir a profundidade desejada da camada superficial (Fig. 3) pode ser decorrência de alguns fatores, como: cementação em baixo potencial de carbono (por exemplo uma atmosfera do forno demasiada pobre); descarbonetação parcial ou completa da superfície da peça por infiltração de ar devido a um forno com vazamento; processamento a temperatura errada, talvez devido ao mau funcionamento ou termopares incorretamente localizados; austenita retida na região da camada superficial ou uma têmpera “lenta”.

Etapas que podem ser tomadas para corrigir estes problemas incluem o aumento do potencial de cementação da atmosfera do forno (particularmente se cementação impulso/difusa está sendo executada); alteração do processo de cementação (por exemplo, cementação e arrefecimento lento, seguidos de um recozimento subcrítico antes de reaquecer e temperar); tratamentos subzero; e seleção da temperatura de revenido adequada.

Camada Superficial Rasa ou Nula

Produzir uma profundidade rasa da camada superficial ou áreas onde ela nem foi formada indica para a preparação incompleta da superfície antes de cementação a presença de contaminantes de superfície ou, eventualmente, a má aplicação de métodos seletivos de cementação (por exemplo, tintas protetivas ou placa de cobre mal aderente). Outra área de preocupação é a forma como as peças estão sendo recebidas de operações anteriores. Esteiras sujas e métodos de transportes suspeitos podem adicionar um nível de contaminação (por exemplo, a ferrugem) que é inaceitável para o processo de cementação.As soluções para tais problemas incluem controle do processo de limpeza, limpeza da máquina de lavar peças, bem como substituição da sua solução, e manuseio das peças com luvas limpas.

Na Sequência

Na parte 2 vamos discutir os problemas associados com a austenita retida, descementação / separação da liga, oxidação intergranular, vazamento da camada superficial, quebra / separação da camada superficial, esmagamento da camada superficial, efeitos da martensita revenida / não revenida e outras questões.

Referências

1. Herring, D. H., “How to Load Parts in Furnace Baskets,” Heat Treating Progress, Novembro/Dezembro de 2003;
2. Herring, D. H., “It’s Time to Clean Up Our Act!,” Industrial Heating, Janeiro de 2008;
3. Weires, Dale J., Gear Metallurgy, Effective Heat Treating and Hardening of Gears Seminar, SME Short Course, 2007;
4. Mr. Darwin Behlke, Twin Disc, Inc., correspondência privada.

 

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *