Revelando o processo de recozimento – Parte II

Revelando o processo de recozimento – Parte II

O recozimento é um tratamento térmico relativamente simples de ser executado, mas há uma série de fatores que devem ser cuidadosamente considerados e controlados. Um dos mais importantes é a atmosfera do forno que envolve as peças enquanto elas são aquecidas e resfriadas. Vamos aprender mais.

O objetivo da atmosfera do forno varia de acordo com o resultado final desejado do processo de tratamento térmico. Em geral, as atmosferas utilizadas na indústria de tratamento térmico têm um de dois objetivos comuns:

Quando recozendo fios, desejamos que, na maioria das vezes, a atmosfera proteja o produto em questão, ao invés de ser reativa a ele. Atmosferas de ar ou aquelas que usam os produtos da combustão dos queimadores de queima direta não são capazes de prevenir as peças de aço da oxidação ou descementação. É por esta razão que várias atmosferas protetoras (geradas, puras ou mistas) são utilizadas (Tabela 1). O tipo de gás ou misturas de gases utilizados dependem do metal a ser tratado, da temperatura de tratamento, da contaminação da peça e dos requisitos da superfície do produto a ser recozido. O controle da atmosfera é também muitas vezes um fator importante.

A purga é outro passo fundamental no processo de recozimento e deverá ocorrer quando a carga estiver fria (antes do aquecimento). O nitrogênio ou o gás exotérmico pobre (incombustível) são escolhas comuns, e a purga é considerada completa quando menos de 1% de oxigênio estiver presente, medido através de um analisador de oxigênio. A “regra geral” de cinco variações de volume em uma hora é frequentemente usada para determinar a vazão necessária.

Tipos de atmosferas de recozimento

As características das mais comuns atmosferas para forno de recozimento podem ser resumidas como segue:

Nitrogênio e Misturas Nitrogênio-Hidrocarboneto

As atmosferas de nitrogênio puro (100%) são raramente usadas em recozimento, porque elas não são exclusoras de ar (oxigênio). Vazamentos ou outras fontes de infiltração de ar não podem ser compensados. No entanto, o nitrogênio é frequentemente misturado a pequenas porcentagens de gases de hidrocarbonetos (metano, propano, propileno) ou combinado com o metanol (CH3OH) para criar uma atmosfera adequada, desde que seja devidamente controlada (Tabela 1). Os fluxos de nitrogênio-hidrocarboneto são muitas vezes ditados por uma receita pré-determinada (Fig. 1).

Hidrogênio e misturas hidrogênio-nitrogênio

O recozimento sob atmosfera controlada de 100% hidrogênio impede a oxidação e a descoloração do produto.

O hidrogênio é um gás altamente redutor, de forma que o recozimento por hidrogênio promove a “limpeza da superfície” de peças oxidadas, reduzindo os óxidos presentes no fio. É comumente referido como “recozimento brilhante”, o que significa que não contém oxidação. O hidrogênio pode descementar peças de aço, então devidas precauções devem ser tomadas. De uma perspectiva econômica, uma atmosfera de hidrogênio 100% é a mais cara. Misturas nitrogênio-hidrogênio, de custo mais baixo, também podem ser usadas eficazmente.

Amônia dissociada

A amônia dissociada é produzida pela quebra (dissociação) da amônia em um gás que tem uma composição de 75% de hidrogênio e 25% de nitrogênio. Ela tem muitos dos mesmos benefícios que o hidrogênio, mas pode ser fornecida a um custo menor.

Gás Exotérmico

O gás exotérmico rico é gerado pela combustão parcial de uma mistura ar-gás de (aproximadamente) 6,5 partes de ar para uma parte de gás natural. Outros hidrocarbonetos combustíveis também podem ser usados. O gás exotérmico é a atmosfera de proteção mais amplamente utilizada para o recozimento, especialmente para o recozimento de aço de baixo carbono. No entanto, ele descementará aços de médio e de alto carbono por causa do dióxido de carbono (CO2) e vapor de água. Quando existe a preocupação da descementação, resfriadores são utilizados para reduzir o ponto de orvalho do típico de +38°C para +4,5°C . Em alguns casos, secadores refrigerantes são usados para reduzir ainda mais o ponto de orvalho do anterior +4,5°C para -40°C.

O gás exotérmico rico purificado, onde os níveis de CO2 são reduzidos a menos de 0,1% (tipicamente 800 ppm ou menos), é usado para um ciclo curto de recozimento e para o recozimento de processo de aços carbono de médio e alto carbono e certos tipos de ligas. Para o recozimento de ciclo longo, no entanto, o alto teor de monóxido de carbono (CO) resulta em deposição de fuligem na peça e outros efeitos de superfície, como resultado dos períodos relativamente longos de imersão em que o trabalho está na faixa crítica de baixa temperatura de 480-700°C, onde estas reações adversas do gás podem ocorrer. No recozimento de ciclo curto, esses efeitos são mínimos e, em alguns casos, o alto teor de gás CO é desejável, devido ao seu potencial de alto carbono. O gás exotérmico pobre purificado é usado às vezes para o ciclo longo de recozimento de aços carbono e ligas de médio e alto carbono certos.

Gás Endotérmico

O gás endotérmico (também chamado de Endo ou gás Rx™) é produzido quando uma mistura de ar e combustível é introduzida em uma retorta aquecida externamente em relações de ar-gás de 2,5:1 até 3,5:1. A retorta contém um catalisador ativo, que é necessário para quebrar a mistura. Deixando a retorta, o gás é resfriado rapidamente para evitar a reformação do carbono (sob a forma de fuligem), antes de ser enviado para o forno. Uma atmosfera de gás endotérmico exige controle do carbono em níveis precisos e repetíveis.

Vácuo

Explicando simplesmente, o vácuo é a ausência de uma atmosfera e representa a condição ideal na qual o recozimento ocorrer. O recozimento a vácuo, que também pode ser feito em uma atmosfera de pressão parcial de um material inerte (por exemplo, nitrogênio ou argônio) ou gás reativo (por exemplo, o hidrogênio), é muitas vezes referido como “recozimento brilhante” (sem oxidação), devido ao acabamento superficial produzido. Visto que o recozimento a vácuo é também o mais caro, demorado e menos propício à produção em massa, é geralmente restrito a apenas alguns materiais como o titânio ou tântalo.

Esquemas de Controle

A composição da atmosfera do forno está constantemente mudando, por isso devemos usar dispositivos de medição e controle (Fig. 2) para garantir bom domínio da qualidade metalúrgica. Isto é realizado certificando-se que vários dos métodos de controle que se seguem estão acompanhando e/ou controlando o processo:

– Analisador do ponto de orvalho• Analisador de infravermelho (analisador único ou múltiplo de gás)• Sondas de oxigênio

A tendência hoje é a utilização de múltiplos instrumentos de medição para obter a “fotografia” mais precisa do ambiente em tempo real.

Medição de Oxigênio

A medição do oxigênio é importante para avaliar tanto a eficácia do ciclo de purga (<1% O2) no início da execução, bem como a eficácia da atmosfera durante o resfriamento (range de ppm). Analisadores de oxigênio e sondas de oxigênio são utilizados para esta finalidade.

Este artigo será concluído com a terceira parte na próxima edição da revista Industrial Heating.

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