Revelando o processo de recozimento – Parte III

Revelando o processo de recozimento – Parte III

O recozimento pode ser realizado em fornos por lote ou contínuos. Fornos caixa, poço e de carro inferior, são exemplos de unidades por lote, enquanto os com esteira e de soleira com rolos são exemplos de equipamentos contínuos. Para o recozimento de bobinas de aço, no entanto, o tipo mais comum de forno é o sino, também conhecido como campânula (Figs. 1-3). Vamos aprender mais.

Equipamentos de recozimento

O recozimento em forno tipo sino (Fig. 4) aquece lotes de metal que são colocados em uma montagem na base, cercados por uma cobertura interna e, encobertos pelo sino de aquecimento (forno). Uma ponte rolante é utilizada para carregar a base e mover o sino de aquecimento, que está suspenso pelo guindaste. A montagem da base normalmente inclui um ventilador (opcional) para fornecer uma fonte de convecção para melhorar a transferência de calor para a carga. A campânula interna contém a atmosfera desejada e protege a carga da fonte de aquecimento. Os métodos de aquecimento comuns são: chama direta, chama tangencial, tubos radiantes e elementos elétricos. Após o recozimento, o resfriamento é realizado através da remoção do sino de aquecimento, mas deixando a campânula interna no local para manter a atmosfera protetora. Se um acabamento “brilhante” (sem oxidação) é desejado, o metal deve ser resfriado à temperatura próxima a ambiente antes da abertura da carga de trabalho ao ar. Um trocador de calor de gás-água ou sistema de refrigeração forçada é frequentemente usado para encurtar os tempos de refrigeração, especialmente em baixas temperaturas. O resfriador forçado substitui o sino de aquecimento no final do ciclo de aquecimento e faz circular o ar ou borrifa uma névoa fina de água para acelerar o resfriamento do lado de fora da campânula interna.

Problemas do recozimento

Questões microestruturais

No tratamento térmico, mudanças ocorrem na estrutura interna (ou microestrutura) do material e não são facilmente visíveis a olho nu. Esta é uma das razões pelas quais as variáveis induzidas dos processos e equipamentos devem ser rigorosamente controladas. Por exemplo, para muitos componentes que passaram por operações de recalque, o processo de recozimento é usado para tentar obter uma microestrutura esferoidizada (em oposição a uma estrutura mais lamelar). Se for lamelar, quanto mais aberta (ou seja, mais distante) a estrutura lamelar, mais dúctil ele será e mais facilmente ele será trabalhado. Uma microestrutura típica de aço de baixo carbono (Fig. 5) é composta de ferrita (áreas brancas) e perlita (áreas escuras). A perlita é uma combinação de ferrita e carboneto de ferro (Fe3C).

Os carbonetos adequadamente distribuídos são aceitáveis na maioria das operações de trefilação. No entanto, alguns ciclos de processos de recozimento (Fig. 6) produzem carbonetos aglomerados (regiões brancas globulares) que delineiam os limites dos grãos (necklacing). O resultado é que o fio vai ser mais difícil de passar para um tamanho menor sem romper-se internamente ou mesmo quebrar.

A presença de inclusões não metálicas, bem como a microestrutura da matriz, são também considerações importantes. O teor de carbono e a limpeza do aço influenciam as frações de volume de ferrita, perlita e carboneto – em que forma o carboneto está (fina versus grossa), bem como a morfologia dessas partículas – e suas formas, tamanhos e distribuições. Por exemplo, a trefilação de fios finos (por exemplo, arame de pneu e fio para molas das válvulas) exclui a possibilidade de conteúdo de óxidos não deformáveis, sulfetos, carbonetos e nitretos por razões de conformação e fadiga. Igualmente indesejável é a segregação de carbono, especialmente ao longo da linha de centro do fio, porque cria ilhas de martensita.

Descarbonetação

Por definição, a descarbonetação é o resultado da (geralmente involuntária) remoção de carbono da superfície do aço, quando ele é aquecido e mantido à temperatura, ou quando entra em contato com certos tipos de atmosfera do forno (Fig. 7). O resultado é uma mudança nas propriedades mecânicas da superfície, principalmente menor dureza e perda da resistência à fadiga da superfície. A descarbonetação pode ser total (100% de ferrita ou ferrita “livre”) ou parcial, e pode variar em profundidade de dez milésimos até muitos milésimos de polegada. Na maioria dos casos, não chega a mais do que 2% da espessura total do material. A restauração de carbono pode ser usada para reverter os efeitos da descarbonetação pela condução de carbono de volta para a superfície da haste ou fio.

Fuligem

Uma atmosfera de forno que contenha carbono pode tornar-se fora de controle e causar que fuligem (depósitos de carbono) se deposite na superfície do fio (Eq. 1). Esta reação de Boudouard (ou produtora de gás) pode ocorrer em uma atmosfera do forno rica em CO na faixa crítica de 500-300°C. Igualmente preocupante é a captação de carbono, que em alguns casos resulta em trincas na superfície.

(1) 2CO –> CO2 + C

Resumindo

A escolha do forno e do controle da atmosfera do forno é fundamental para o sucesso do processo de recozimento. Cada etapa do processo deve ser bem compreendida para atingir a microestrutura adequada, tamanho de grão e propriedades mecânicas no fio recozido.

Referências

1. Herring, D. H., “Purging of Furnaces: Is it Safe?”, Heat Treating Progress, Setembro 2002;
2. Herring, D. H., “Considerations in Furnace Atmospheres, Part One,” Industrial Heating, Outubro 2009;
3. Herring, D. H., “The Annealing Process Revealed, Part One & Two,” Industrial Heating, Agosto & Setembro 2010;
4. Sr. James Oakes, Super Systems Inc. (www.supersystems.com), correspondências privadas;
5. Messina, Chris, Arno Muennich e Robert Blumenthal, Decarburization-Free and Soot-Free Batch-Annealing with Automated Atmosphere Control, Interwire 2003;
6. Sr. Christopher Messina, Rad-Con Inc. (www.rad-con.com), correspondências privadas;
7. What is Bell Annealing? Rad-Con, Inc., white paper;
8. Sr. Alan Stone, Aston Metallurgical Services Co., Inc. (www.astonmet.com), correspondências privadas.

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