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CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERAIS

Estudo da Aplicação de Revestimento Duro e Tratamentos Térmicos na Recuperação de uma Polia de Freio

Marcílio Pereira da Silva

Rio de Janeiro 2016

CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERAIS


Dissertação apresentada, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre, ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, do Centro Universitário Estadual da Zona Oeste. Área de concentração: Ciência e Tecnologia de Materiais.

Orientador: Prof. Dr. Mauro Carlos Lopes Souza

Rio de Janeiro 2016

X000Da Silva, Marcílio Pereira. Estudo da Aplicação de Revestimento Duro e Tratamentos Térmicos na

Recuperação de uma Polia de Freio/ Marcílio Pereira da Silva. – 2013. 133f.

Orientador: Mauro Carlos Lopes Souza Dissertação (Mestrado) – Centro Universitário Estadual da Zona Oeste, Rio

de Janeiro. 1. Matéria Condensada – Teses.

XXX 000.000

___________________________ __________________________________

Data Marcílio Pereira da Silva

Marcílio Pereira da Silva


Dissertação apresentada, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre, ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, do Centro Universitário Estadual da Zona Oeste. Área de concentração: Ciência e Tecnologia de Materiais.

Aprovado em: ….de janeiro de 2016 Banca Examinadora:

_____________________________________________________ Prof. Mauro Carlos Lopes Souza, DSc (Orientador) Centro Setorial de Produção Industrial – UEZO

_____________________________________________________ Profª. Wilma Clemente de Lima Pinto, DSc Centro Setorial de Produção Industrial – UEZO

_____________________________________________________ Prof. Carlos Augusto Martins Ferreira, DSc Centro Setorial de Produção Industrial – UEZO

_____________________________________________________ Prof. Antônio Carlos de Araujo Santos, MSc PPG – Eng. Mecânica – FEN/UERJ _____________________________________________________ Eng. Rodrigo Ribeiro Soarez, MSc Produção Industrial – NUCLEP

Rio de Janeiro 2016

Dedico a Deus, minha família, amigos,

colegas de trabalho e orientadores pelo

apoio, força, incentivo, companheirismo e

amizade. Sem eles nada disso seria

possível.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus pela conclusão de mais uma etapa.

À minha família por tudo.

Com muita gratidão ao meu orientador Prof. Mauro C.L. Souza, pelo incentivo e toda

orientação dada não somente durante o trabalho, mas também durante todo o

período final do curso.

Agradeço aos meus colegas de trabalho Manoel Neto, Thiago Fernandes, Jhonatan,

Guilherme Tepedino, Pedro Ivo, Sebastião, Edson Tiba, Gilmax, Marcos, Rubens,

Patricia, Vinícius, Rodrigo, Magno, Fernando, André Potascheff, Barçante, Evandro

Monteiro,

Ao nosso Diretor Industrial Liberal Enio Zanelatto que sempre nos incentiva a

colocar em prática os nossos conhecimentos,

Ao nosso Presidente Jaime Wallwitz Cardoso, pelo apoio e incentivo a qualificação

de mão de obra na Nuclep, patrocinando diversos cursos internos do IBMEC, FGV,

etc.

Ao nosso RH e ao CTT, que acreditam que o desenvolvimento da Nuclep esta

fundamentado na qualificação e aperfeiçoamento técnico da sua mão de obra,

Ao Eng. Ítalo de Carvalho Ítalo, da Empresa Brastêmpera, por todo o auxílio, apoio e

dedicação durante os trabalhos experimentais,

Ao Dorival Tecco e ao Cleiton Rossi Souza Oliveira da ITW pelo apoio técnico, ao

Fábio Machado da empresa Alumaq.

A todos que direito ou indiretamente contribuíram para a realização deste trabalho.

“O único modo de escapar da corrupção

causada pelo sucesso é continuar

trabalhando.”

Albert Einstein

i

RESUMO

Este trabalho estudou a aplicação de revestimento duro como material de adição,

utilizando o processo de soldagem MIG/MAG e, posteriormente os tratamentos

térmicos de têmpera e revenido e nitretação líquida para a recuperação de uma polia

de freio de ponte rolante na Nuclep, aproveitando ao máximo as sobras de materiais

na confecção de uma polia nova, com o objetivo de reduzir o custo desnecessário na

aquisição de novas polias, para reposição. Foram realizados os principais ensaios

de qualidade como dureza, desgaste, macro e micrografia. Nesse contexto, foi

utilizado um eletrodo revestido de Megafil MF A730M, com diferentes teores de C,

Cr, Mn e Si, ainda muito pouco utilizado no Brasil, como material de revestimento

duro, em uma amostra de aço ASTM-A516-10-60. Foi feito um estudo da

transferência metálica de forma a selecionar um conjunto dos parâmetros

Amperagem, Corrente e Velocidade de alimentação do arame, que tivessem a

melhor eficiência possível, que posteriormente foi aplicado na soldagem do corpo de

prova. Foram realizados tratamentos térmicos em amostras de ferro fundido GGG

40, que é mesmo material das polias de freios mais antigas e a venda no mercado,

com o objetivo de preservar a dureza superficial das polias, após a recuperação, por

usinagem e retífica, da superfície desgastada. Sendo obtidos resultados dentro e,

também, aquém do esperado. Foi construído um dispositivo para a realização da

avaliação de desgaste em laboratório, aonde foi constatada a perda de massa em

cada um dos processos de tratamentos realizados, perfazendo um total de 230,400

m de comprimento (por amostra) de superfície testada, verificando, quais tiveram os

piores e melhores desempenhos. Foram também realizados, ensaios de dureza e

análises macro e micrográficas, a fim de verificar a qualidade alcançada nos

tratamentos. Por fim, por meio de tabelas, cálculos e dados apurados, constatou-se

que a aplicação do revestimento duro, seria o mais apropriado, levando-se em conta

o custo benefício apresentado.

Palavras-chave: revestimento duro; tratamentos térmicos e desgaste

ii

ABSTRACT

This paper studies the application of hard coating such as adding material, using the

welding process MIG / MAG and subsequently the heat treatment of quenching and

tempering and liquid nitriding to the recovery of a crane brake pulley in Nuclep,

making the most of the leftover materials in the manufacture of a new pulley, in order

to reduce unnecessary costs to acquire new pulleys for replacement. The main

quality tests were performed as hardness, wear, and macro micrograph. In this

context, we used a coated electrode Megafil MF A730M, with different contents of C,

Cr, Mn and Si, still little used in Brazil, such as hard coating material in a steel

sample ASTM-A516-10-60 . A study of metal transfer was made in order to select a

set of parameters amperage, current and wire feed speed, they had the best possible

efficiency, which was later applied in welding the test piece. Heat treatments were

performed in cast iron samples GGG 40, which is the same material of the oldest

brake pulleys and sale on the market, in order to preserve the surface hardness of

pulleys, after recovery by machining and grinding, surface worn. It is obtained results

within and also below expectations. It was built a device to carry out the evaluation of

wear in the laboratory, where it was found the mass loss in each of the treatments

processes, a total of 230,400 m in length (per sample) tested surface, checking,

which had the worst and best performers. They were also performed, hardness tests

and analyzes macro and micrographs, in order to verify the quality achieved in the

treatments. Finally, by means of tables, calculations, and data gathered, it was found

that the application of the hard coating is the one most appropriate, taking into

consideration the money displayed.

Keywords: hard coating; heat treatment; wear

iii

SUMÁRIO

RESUMO i ABSTRACT ii SUMÁRIO iii LISTA DE FIGURAS v LISTA DE TABELAS viii LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ix LISTA DE FÓRMULAS x

1. INTRODUÇÃO...................................................................................................... 01

1.1. Justificativa .......................................................................................... 02 1.2. Objetivos ............................................................................................... 03 1.2.1. Objetivo geral ..................................................................................... 03 1.2.2. Objetivo específico............................................................................. 03 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 04

2.1. Freios...................................................................................................... 04 2.2. Considerações sobre pressão e desgaste.......................................... 09 2.3. Desgaste uniforme............................................................................... 10 2.4. Pressão uniforme................................................................................. 11 2.5. Considerações sobre energia............................................................. 11 2.6. Considerações sobre temperatura no freio ...................................... 13 2.7. Calor de entrada.................................................................................... 14 2.8. Variação de temperatura...................................................................... 14 2.9. Conceitos gerais de atrito..................................................................... 15 2.10. Tratamentos......................................................................................... 17 2.11. Tratamentos Térmicos........................................................................ 18 2.11.1. Têmpera ............................................................................................ 19 2.11.2. Revenido .......................................................................................... 22 2.11.2.1. Revenimento prensado................................................................. 23 2.12. Tratamento Termoquímico................................................................. 23 2.12.1. Nitretação.......................................................................................... 23 2.12.2. Nitretação Líquida.............................................................................24 2.13. Fundamentos do processo de revestimentos.................................. 26 2.13.1. Revestimentos de aços oxidáveis ("cladding")............................. 26 2.13.2. Revestimentos de reconstrução ("build up")................................ 26 2.13.3. Amanteigamento ("buttering”)........................................................ 26 2.13.4. Revestimentos duros ("hardfacing").............................................. 27 2.14. Princípios e fundamentos do processo de soldagem (MIG/MAG).. 27 2.14.1. Introdução processo de soldagem................................................. 27 2.14.2. Funcionamento................................................................................. 28 2.14.3. Equipamentos................................................................................... 29 2.14.4. Fonte de soldagem........................................................................... 32 2.14.5. Principais vantagens........................................................................ 33

3. MATERIAIS E MÉTODOS.................................................................................... 34 3.1. Material de base do estudo.................................................................. 34 3.2. Tratamentos Térmicos e Termoquímico ............................................ 37

iv

3.2.1. Tratamento Termoquímico de Nitretação Líquida.......................... 38 3.2.2. Tratamento Térmico de Têmpera e Endurecimento por Chama... 39 3.3. Aplicação de Metal Duro na Superfície da amostra de Aço Carbono ASTM-A516-10-60 ........................................................................................ 41 3.3.1. Seleção da Amostra de Aço Carbono ASTM-A516-10-60 ........... 41 3.3.2. Definição dos Parâmetros de Soldagem......................................... 41 3.3.3. Fabricação do Corpo de Prova (Aço ASTM-516-10-60 com Megafil MF A 730M)................................................................................................... 46 3.4. Teste de Desgaste................................................................................ 52 3.4.1. Fabricação do Dispositivo para Realizar o Teste de Desgaste..... 52 3.4.2. Ensaios de desgaste nas amostras de ferro fundido e na de aço carbono (com recobrimento de metal duro)............................................. 53 3.4.3. Pesagem das Amostras.................................................................... 54 3.4.3.1. Pesagem das Amostras Antes do Ensaios de Desgaste............ 54 3.4.3.2. Pesagem das Amostras Depois do Ensaios de Desgaste.......... 55 3.5. Teste de Dureza Rockwell “C”............................................................. 56

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................... 59

4.1. Resultado dos ensaios de dureza na superfície dos corpos de prova...............................................................................................................59 4.2. Resultados gráficos dos tratamentos térmicos e ou termoquímicos............................................................................................. 62 4.3. Resultado dos Testes de Desgaste na superfície dos corpos de prova ........................................................................................................... 65

4.4. Micrografia..............................................................................................65 4.5. Análises Micrográficas das Amostras................................................ 65 4.5.1. Preparação das Amostras para se Fazer as Análises Micrográficas................................................................................................ 66 4.5.2. Resultados das Análises Micrográficas (Microestrutura).............. 67

4.6. Avaliação............................................................................................... 69

5. CONCLUSÃO..................................................................................................... 72

6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS................................................. 73

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................... 74

v

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – A Roda Suméria.

Figura 2 – A Roda na Mesopotâmia.

Figura 3 – A Roda no limiar da história.

Figura 4 – Freio de alavanca com sapata de madeira.

Figura 5 – NUCLEP.

Figura 6 – Ponte Rolante.

Figura 7 – Detalhes do desgaste do tambor de freio e da sapata.

Figura 8 – Sapata externa.

Figura 9 – Sapata onde o pivô esta em simetria.

Figura 10 - Esquema simplificado da têmpera por indução (MSPC, 2014).

Figura 11 – Esquema simplificado da têmpera por chama (MSPC, 2014).

Figura 12 – Processo de soldagem.

Figura 13 – Processo de soldagem.

Figura 14 - Instalações para a soldagem manual

Figura 15 - Tochas de soldagem e acessórios.

Figura 16 – Alimentador de arame.

Figura 17 – Chapa de ferro fundido GGG40 adquirida no mercado e cortada em 5

pedaços.

Figura 18 – Polia adquirida na Tec Tor Ind. Equip. Ltda

Figura 19 – Polia fabricada de chapas de aço carbono soldada de uma ponte rolante

da Nuclep.

Figura 20 – Consumível de solda Megafil MF A 730M da Empresa HOBART Filler

Figura 21 – Amostras identificadas e enviadas para a realização do T.T.

Figura 22 – Laboratório industrial de Qualidade da NUCLEP.

Figura 23 – Forno de banho nº 1 (BRASTÊMPERA).

Figura 24 – Entrada no forno câmara, para tratamento de têmpera.

Figura 25 – Amostras tratadas (Têmpera, Nítretação Líquida e Endurecimento por

Chama) na BRASTÊMPERA.

Figura 26 – Sobras de aço carbono ASTM-516-10-60 e Certificado do material.

Figura 27 – Soldagem de cordões e controle de parâmetros.

Figura 28 – Elaboração de 24 cordões de solda em duas amostras.

vi

Figura 29 – Fonte Inversora Multiprocesso SMAW, FCAW, GMAW e GTAW

PipeWorx 350 FieldPro.

Figura 30 – Mistura de gás Argônio e Hélio (50% cada).

Figura 31 - Corte ao meio das amostras e ataque com Nital à 1%.

Figura 32 – Ataque com Nital à 1% e posterior secagem.

Figura 33 – Identificação com cordões de solda e escolha do que teve a melhor

performance.

Figura 34 – Teste de dureza (durômetro manual) - 276 HB, realizado nas polias

novas.

Figura 35 – Controle de temperaturas máxima (250°C) e mínima (65°C).

Figura 36 – Definição da quantidade de camadas de cordões de soldas.

Figura 37 – Medição da espessura e teste de dureza do metal duro adicionado na

superfície.

Figura 38 – Codificação no material para facilita a rastreabilidade e posicionamento

para o corte.

Figura 39 – Corte do material de base e ajuste no comprimento da amostra.

Figura 40 – Fresando as superfícies (19 mm de espessura) e retirando as rebarbas.

Figura 41 – Adição de metal duro (Megafil MF A730M) e controle de temperatura.

Figura 42 – Pesagem com balança digital de precisão no laboratório de qualidade da

Nuclep.

Figura 43 – Croqui do corpo de prova após a usinagem e adição de metal duro.

Figura 44 – Descarte de 15 mm de ambos os lados e inicio da limpeza na superfície.

Figura 45 – Conclusão da usinagem e limpeza das superfícies do corpo de prova.

Figura 46 – Padronizando o comprimento dos corpos de provas.

Figura 47 – Pedra de desbaste de carborundum.

Figura 48 – Dispositivo utilizado para fazer o teste de desgaste.

Figura 49 – Ensaios de desgaste nas amostras tratadas.

Figura 50 – Ensaios de desgaste nas amostras tratadas..

Figura 51 – Amostra Nitretada (FF).

Figura 52 – Amostra Endurecida por Chama (FF).

Figura 53 – Amostra Aço carbono c/ revest. duro.

Figura 54 – Amostra Temperada (FF).

Figura 55 – Amostra Nitretada (FF).

Figura 56 – Amostra Endurecida por Chama (FF).

vii

Figura 57 – Amostra Aço carbono c/ revest. duro.

Figura 58 – Amostra Temperada (FF).

Figura 59 – Durômetro fixo Briro VA.

Figura 60 – Todas as amostras foram cuidadosamente limpas antes do ensaio de

dureza.

Figura 61 – Realização dos ensaios de dureza com a aplicação da pré-carga, carga

e observação.

Figura 62 – Curva de Endurecimento Superficial por Chama (corpo de prova

F.F.GGG40).

Figura 63 – Curva de Tempera (corpo de prova F.F.GGG40).

Figura 64 – Curva de Nitretação Líquida (corpo de prova F.F.GGG40).

Figura 65 – Corte e limpeza, após retífica das amostras para serem atacadas

quimicamente.

Figura 66 – Equipamentos de preparação de análise micrografia da Nuclep.

Figura 67 – Laboratório de qualidade da Nuclep.

Figura 68 – Ataque: Nital 1%. 50x.



Figura 71 – Ataque: Nital 1%.100x.





Figura 76 – Metal de Base 100x.

Figura 77 – Metal de Base 200x.

Figura 78 – Metal soldado 200x.

Figura 79 – Zona de transição 100x.



Figura 82 – Orçamento da polia

Figura 83 – Croqui do corpo de prova após a usinagem e adição de metal duro.

Figura 84 – Desenho esquemático da polia de freio da Tec Tor Ind. Equip. Ltda.

viii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Dados sobre difusão do B, C e Ni no Ferro (NOVIKOV, I., 1994).

Tabela 2 – Composição ferro fundido GGG40.

Tabela 3 – Composição aço ASTM-A516-10-60.

Tabela 4 – Composição do consumível de solda Megafil MF A730M.

Tabela 5 – Distribuição para tratamento das amostras.

Tabela 6 – Especificação técnica do banho de Nitretação Líquida. Adaptado

[Brastêmpera].

Tabela 7 – Parâmetros de soldagem utilizados durante os testes.

Tabela 8 – Parâmetros de soldagem utilizados e controle de temperaturas.

Tabela 9 – Tabela com dados operacionais dos ensaios de desgaste.

Tabela 10 – Resultado dos pesos das amostras antes e depois dos testes de

desgastes.

Tabela 11 – Resultado das durezas encontradas nas amostras tratadas

termicamente e na amostra com metal duro de adição.

Tabela 12 – Relação entre os principais sistemas de dureza existentes.

Tabela 13 – Resultado Geral dos gráficos.

Tabela 14 – Resultado da perda de material nos testes de desgaste.

ix

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AISI - American Iron and Steel Institute

CTT – Centro de Treinamento Técnico

x

LISTA DE FÓRMULAS

Fórmula 01 – Momento de Força. Fórmula 02 – Momento de Força. Fórmula 03 – Força Atuante. Fórmula 04 – Reação Horizontal. Fórmula 05 – Reação Vertical. Fórmula 06 – Reação Horizontal. Fórmula 07 – Reação Vertical. Fórmula 08 – Força Atuante. Fórmula 09 – Reação Horizontal. Fórmula 10 – Reação Vertical. Fórmula 11 – Pressão Máxima. Fórmula 12 – Força Atuante. Fórmula 13 – Torque Obtido. Fórmula 14 – Torque Obtido. Fórmula 15 – Força Atuante. Fórmula 16 – Torque. Fórmula 17 – Torque para a máxima Pressão. Fórmula 18 – Velocidade Instantânea. Fórmula 19 – Velocidade Instantânea. Fórmula 20 – Tempo Requerido. Fórmula 21 – Energia Total Dissipada. Fórmula 22 – Energia Dissipada. Fórmula 23 – Razão de Entrada de Calor. Fórmula 24 – Variação de Temperatura.

xi

Fórmula 25 – Variação de Temperatura. Fórmula 26 – Temperatura do Freio. Fórmula 27 – Expressão da Força Decorrente da Fricção. Fórmula 28 – Área da Superfície da Polia . Fórmula 29 – Quantidade de Consumível Necessário para Revestir uma Polia. Fórmula 30 – Custo de Fabricação de Uma Polia Nova na NUCLEP.

1

1. INTRODUÇÃO

Grande parte do parque industrial brasileiro possui pelo menos mais de 30

anos de idade e seus maquinários e equipamentos necessitam de constantes

manutenções periódicas ou substituições. A Nuclep não é uma exceção a essa

regra, uma indústria que foi criada pelo decreto n° 76805 de 16.12.75, como parte do

plano nuclear brasileiro. Seu objetivo inicial foi projetar, desenvolver, fabricar e

comercializar componentes pesados relacionados a construção das usinas

nucleares brasileiras. Com o passar dos anos foi diversificando suas atividades e

atendendo a outros segmentos da indústria nacional como por exemplos a

construção de vasos de pressão, palhetas de usinas hidroelétricas, módulos de

plataformas de petróleo, cascos resistentes e cavernas para submarinos, etc.

Atualmente a Nuclep esta fazendo diversos retrofitting em vários equipamentos,

aproveitando para modernizar alguns processos de fabricação, como fornos de

tratamento térmico, pontes rolantes, etc. Seguindo esta tendência foi detectada a

necessidade de se efetuar a recomposição dos revestimentos duros das polias de

freios das pontes rolantes, sendo que cada ponte possui um total de 03 polias de

freios, duas para o moitão principal e uma para o moitão auxiliar. Cada vão

estrutural, possui duas pontes rolantes (uma Norte e outra Sul) e somando o galpão

auxiliar com o galpão principal temos um total de 08 vãos e 16 pontes rolantes. Foi

solicitada a aquisição de 03 polias de freios à empresa Tector de Jundiaí São Paulo

e a informação de qual era o material de revestimento, sendo que a mesma só

poderia informar o material de fabricação das polias (ferro fundido GGG 40-Norma),

mas o revestimento seria uma informação de projeto e logo não poderia ser

repassado, pois se tratava de segredo industrial. Como a Nuclep necessita

periodicamente avaliar e substituir essas peças por causa do desgaste decorrentes

do processo, fiquei encorajado e fui estimulado pela minha gerencia a encontrar uma

solução (revestimento duro ou tratamentos térmicos) na qual não fosse necessário

comprar uma polia inteiriça só por causa deste desgaste.

OBS: O ferro fundido GGG40, possui uma classificação similar através da Norma

DIN 1693.

Atualmente existem diversos tipos de tratamentos térmicos e adições de

metal duro em uma superfície metálicas, mostraremos mais a frente os principais

conceitos envolvendo essas técnicas.

2

O presente trabalho teve como premissa, a utilização de material (Ferro

Fundido GGG 40) que foi utilizado como metal de base na construção das polias

compradas pela Nuclep, utilizamos também o aço carbono ASTM A516-10-60

fabricado pela Usiminas e muito abundante, devido as sobras de materiais de vários

projetos e contratos já entregues, para testarmos a viabilidade de construção de

uma polia de freio feita pela própria Nuclep.

Foram realizados tratamentos térmicos de Tempera, Nitratação e

Endurecimento superficial através de Aquecimento por Chama nas amostras de

ferro fundido GGG40 e adição de metal duro Megafil MF A730M utilizando o

processo de soldagem (MIG/MAG).

Os tratamentos térmicos visam melhorar as qualidades e resistência do aço

em questão, fornecendo-os qualidades mais especificas para cada tipo de utilização.

Eles apresentam grande importância, pois os mesmos mudam a estrutura do

material e não afetam sua composição química, exceto os tratamentos

termoquímicos que alteram superficialmente as composições químicas, acrescentam

muitas vezes carbonetos (SANTOS, R.R., 2014).

Após os tratamentos termomecânico, termoquímico e adição de metal duro

às amostras foram submetidas a ensaios de dureza e desgaste, nas superfícies

tratadas. Foram feitos estudos metalográficos para visualizar as regiões afetadas e

as mudanças microestruturas ocorridas.

1.1. Justificativa

O envelhecimento natural do parque industrial da Nuclep, forçou a empresa

a encontrar caminhos e alternativas que pudessem recuperar a sua plena

capacidade de produção aliada a uma boa produtividade. Com base neste

panorama, a empresa vem desenvolvendo uma recuperação (mecânica, elétrica e

eletrônica) de varios equipamentos, os chamados retrofitting, além da aquisição de

alguns equipamentos, porém, com a grave crise econômica no qual todo o país se

encontra, esses investimentos foram bastante reduzidos, surgindo desta forma a

necessidade de estudos e pesquisas com a finalidade de encontrar outros meios de

recuperação. Com este cenário, foi sugerido e desenvolvido junto com o corpo

técnico e as gerências do departamento industrial da Nuclep, este trabalho piloto,

visando a recuperação de polias de freio das ponte rolantes, utilizando o máximo

3

possível dos recursos internos da própria fabrica, reduzindo desta forma os custos

de aquisição.

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo geral

Este trabalho visa estudar e avaliar as melhores opções de recuperação ou

construção de uma polia de freio de ponte rolante da Nuclep, utilizando

técnicas de tratamentos térmicos ou adição de material duro através do

processo MIG/MAG, melhorando a resistência superficial ao desgaste com

o melhor custo benefício possível, aproveitando ao máximo os recursos

internos da empresa.

1.2.2. Objetivo específico

Estudar o comportamento metalográfico.

Conhecer algumas técnicas de endurecimento superficial e materiais

utilizados para se fazer o revestimento duro;

Conhecer as propriedades mecânicas, bem como a microestrutura

(camada de revestimento e metal de base), após realizado os tratamentos

superficiais;

Mensurar economia e custo.

4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Freios

História

“Tudo que se move tem que parar”

Iniciando com essa celebre frase, que nos remete a uma das grandes leis da

física reducionista - a Lei da Inércia, veremos que um dos grandes dilemas da

humanidade foi proporcionado pela invenção da roda, que segundo pesquisas

arqueológicas ainda não totalmente confirmadas, remonta o ano 3.000 AC e ligam

sua origem a civilização Suméria. A roda pode igualmente ser encontrada na

Mesopotâmia, junto aos Assírios, aos Egípcios,Hicsos, Romanos, entre outros

(figuras 1, 2 e 3).

Figura 1 – A Roda Suméria (ftp.demec.ufpr.br/freios). Figura 2 – A Roda na

Mesopotâmia (ftp.demec.ufpr.br/freios).

Figura 3 – A Roda no limiar da história (ftp.demec.ufpr.br/freios).

Se por um lado a roda veio para ajudar e facilitar a vida do homem na

locomoção, no transporte de cargas e outros gêneros e ainda, propiciando uma serie

de outros inventos derivados que beneficiaram o desenvolvimento do nosso planeta,

ftp://ftp.demec.ufpr.br/freios

5

por outro ocasionava o paradoxo citado no inicio, ou seja, assim que um movimento

se iniciava com a facilitação da roda, o que fazer para interrompê-lo.

Os primeiros freios eram constituídos por um dispositivo mecânico simples;

uma alavanca com pivotagem e uma sapata de madeira montada na outra

extremidade junto a roda, proporcionava a ação de frenagem (fig.4).

Figura 4 – Freio de alavanca com sapata de madeira (ftp.demec.ufpr.br/freios).

Depois, com o passar dos anos, vieram os freios de cinta, os freios a

Tambor, os freios a discos e os modernos ABS.

Os freios a tambor, como o conhecemos atualmente, foram os primeiros

freios utilizados em veículos automotores, inventado por Louis Renault em 1902.

Foram primeiramente montados nos eixos traseiros dos veículos, com o passar dos

anos esse sistema foi aprimorado e incorporado a outros seguimentos da indústria,

com varias utilizações como em pontes rolantes, pórticos, etc.

6

A Nuclep que é uma fabrica que foi projetada na 2° metade da década de 70

(fig.5), adotou o modelo de pontes rolantes (fig.6) com esse sistema de freios (freio a

tambor),

Figura 5 – NUCLEP.

porém, devido principalmente ao desgaste natural dos componentes de fricção,

Figura 6 – Ponte Rolante.

acelerado pelo meio agressivo, que é bastante impregnado de partículas metálicas

suspensas no ar, ocasionado pelo próprio processo de fabricação, essa troca das

polias de freios (fig.7) se tornaram frequentes e urgentes.

7

Figura 7 – Detalhes do desgaste do tambor de freio e da sapata.

Foi visto que os discos de tambor podem ser projetados por auto

energização. Apesar de esse fato ser importante por reduzir o esforço requerido do

freio, tem suas desvantagens. Quando freios de tambor são usados em veículos,

somente uma mudança mínima no coeficiente de fricção causará uma grande

mudança na força do pedal para frear. Uma redução de 30% no coeficiente de

fricção devido à mudança de temperatura ou umidade pode resultar em 50% de

mudança na força requerida pelo pedal para obter o mesmo torque de frenagem. O

disco de freio não tem auto energização e não é susceptível a mudanças no

coeficiente de fricção, podendo com isso ocasionar uma perda significativa da

performance de frenagem.

Mecanismos operacionais podem ser classificados como:

Solenoides;

Alavancas;

Articulações com molas de carga;

Hidráulico e pneumático;

8

Figura 8 – Sapata externa.

A rotação para sapatas com contrações externas está mostrada na Fig. 8.

Os momentos das forças normais e de fricção no pino articulado são os mesmos

que para as sapatas internas de expansão. As equações são as mesmas:

1 -

darsensen

brfpM

a

af

2

cos1

2 -

dsensen

brapM

a

aN

2 2

1

Ambas as equações 1 e 2 fornecem valores positivos para momentos no

sentido horário quando usadas para sapatas de contração externa. A força atuante

(eq.3) deve ser grande o bastante para balancear os momentos:

3 - c

MMF

fN

As reações horizontais e verticais no pino articulado são calculadas da

mesma maneira que para as sapatas de expansão interna (equações 4, 5, 6 e 7):

4 - xx FfdNsendNR cos

5 - yy FfdNdNsenR cos

Simplificando:

6 -

xa

ax FfBA

sen

brpR

7 -

ya

ay FfAB

sen

brpR

9

Se a rotação é anti-horária, o sinal do termo de fricção em cada equação é

reverso. Assim, a equação para a força atuante (eq. 8) é:

8 - c

MMF

fN

E o auto-energizamento existe para rotações anti-horárias. As reações

horizontais e verticais (equações 9 e 10) são calculadas da mesma maneira que

antes:

9 -

xa

ax FfBA

sen

brpR

10 -

ya

ay FfAB

sen

brpR

Deve ser notado que quando projetos de contração externa são usados

como freios, o efeito da força centrífuga é diminuir a força normal. Assim, quando a

velocidade aumenta, um valor maior é requerido para a força atuante F.

Um caso especial é quando o pivô é simetricamente localizado (fig.9) e

colocado de tal maneira que os momentos das forças de fricção no pivô são iguais a

zero.

Figura 9 – Sapata onde o pivô esta em simetria.

2.2. Considerações sobre pressão e desgaste

Um freio axial é aquele em que os membros de fricção são movidos na

direção paralela ao eixo. Contudo, exceto por instalações relativamente simples, ele

10

vem sendo desbancado pelo freio a disco, empregando-se um ou mais discos nos

membros operacionais. As vantagens dos freios a disco estão, à liberdade

proporcionada pelos efeitos centrífugos, a grande área de fricção que pode ser

instalada em um espaço pequeno, as superfícies mais efetivas na dissipação do

calor e a favorável distribuição de pressão.

Supondo um disco de fricção com diâmetro externo D e diâmetro interno d.

Para obter a força F necessária para produzir um torque T e uma pressão p, dois

métodos podem ser usados, dependendo da construção do freio. Se os discos são

rígidos, o maior uso ocorrerá primeiro nas áreas de fora devido ao maior trabalho de

fricção nessas áreas. Após o certo desgaste, a distribuição de pressão irá mudar,

permitindo um uso mais uniforme. Essa é a base do primeiro método. O outro

método de construção emprega molas para obter uma pressão uniforme sobre a

área.

2.3. Desgaste uniforme

Após um primeiro desgaste e um uso dos discos até o ponto em que o uso

uniforme fique possível, a maior pressão deve ocorrer em r = d/2 para que o

desgaste seja uniforme. Para a pressão máxima PA (eq.11), obtém-se:

11 - 2

dppr a

ou r

dpp a

2

No qual é a condição para ter-se a mesma quantidade de trabalho realizado

no raio r e no raio d/2. Considerando um elemento de área de raio r e espessura dr,

a área desse elemento é 2r dr, fazendo com que a força atuante (eq.12) no

elemento seja dF = 2rp dr. Variando r de d/2 a D/2 e integrando F, obtém-se:

12 -

2/

2/

2/

2/ 22

D

d

D

d

aa dD

dpdrdpprF

O torque obtido (equações13 e 14) pela integração do produto da força de fricção e

do raio é:

13 -

2/

2/

2/

2/

222

82

D

d

D

d

aa dD

dfprdrdpfprT

Substituindo:

11

14 - DD

FfT

4

A equação que fornece a força atuante para a pressão máxima pa é valida

para qualquer quantidade de pares de fricção ou superfícies. A outra equação

fornece a capacidade de torque para apenas uma superfície de fricção.

2.4. Pressão uniforme

Quando se pode considerar uma pressão uniforme sobre a área do disco, a

força atuante (eq.15) é simplesmente o produto da pressão pela área.

15 - 22

4

2dD

pF a

Como antes, o torque (equações 16 e 17) é obtido integrando o produto da

força de fricção e o raio:

16 - 33

2/

2/

2

24

22 dD

fpdrrfpT

D

d

Para a pressão máxima pa:

17 - 22

33

3 dD

dDFfT

Essas equações são válidas para o torque em um único par de união de

superfícies. Deve-se multiplicar o número de superfícies em contato para o caso de

mais de uma.

2.5. Considerações sobre energia

Quando os membros rotativos de uma máquina são freados, a energia

cinética de rotação deve ser absorvida pelo freio. Essa energia aparece no freio na

forma de calor. Energia cinética é absorvida, durante a mudança de velocidade, pelo

freio, sendo transformada em calor.

Foi visto como a capacidade de torque do freio depende do coeficiente de

fricção do material e de uma pressão normal segura. Entretanto, a carga deve ser tal

que, se o valor do torque for permitido, o freio deve ser destruído pelo seu próprio

calor gerado. A capacidade da engrenagem é limitada por dois fatores: as

12

características do material e sua habilidade de dissipar calor. Se o calor é gerado

mais rapidamente que é dissipado, tem-se um problema de aumento da

temperatura.

Para um melhor esclarecimento do que ocorre durante a frenagem, simula-

se um modelo matemático de dois sistemas inerciais conectados por um freio. Os

momentos de inércia I1 e I2 possuem velocidades angulares iniciais w1 e w2.

Durante o acionamento do freio, ambas as velocidades angulares mudam e se

tornam iguais. Assume-se que os dois eixos sejam rígidos e que o torque seja

constante.

Escrevendo a equação de movimento para a inércia 1:

I1”1 = -T Equação (1)

Onde ”1 é a aceleração angular de I1 e T é o torque. Uma equação similar

para I2 é:

I2”2= T Equação (2)

Pode-se determinar as velocidades instantâneas ’1 e ’2 de I1 e I2 depois

de um período de tempo t pela integração das equações (a) e (b) (equações 18 e

19).

(a) 18 - ’1 = 1

1

wtI

T

(b) 19 - ’2 = 2

2

wtI

T

A diferença das velocidades, conhecida como velocidade relativa, é

’= ’1 - ’2 =

tII

IITww

21

21

21

A operação de acionamento da embreagem é completa no instante em que

as duas velocidades angulares ’1 e ’2 se tornam iguais. Considerando o tempo

13

requerido pela inteira operação igual a t1. Então ’ = 0 quando ’1 = ’2, então a

equação acima fica:

20 - )(

)(

21

2121

1IIT

wwIIt

Essa equação mostra que o tempo requerido (eq.20) para a operação de

frenagem é diretamente proporcional à diferença de velocidade e inversamente

proporcional ao torque.

Considerando o torque constante, acha-se, através das equações acima, a

razão da dissipação de energia durante a frenagem:

21 - U = T’ =

])([21

21

21 tII

IITwwT

A energia total dissipada (eq.21) durante a ação da embreagem é obtida

integrando a equação acima:

22 -

dttII

IITwwTudtE

tt

])([

1

0 21

21

21

1

0

)(2

)(

21

2

2121

II

wwII

Note que a energia dissipada (eq.22) é proporcional ao quadrado da

diferença de velocidades e é independente ao torque.

2.6. Considerações sobre temperatura no freio

A temperatura atuante na interface rotor-revestimento é fundamental para a

fricção e o desgaste e está associada com os materiais em questão. É nessa

interface que o calor causado pela fricção é gerado e onde atuam as mais altas

temperaturas. A temperatura do material da presilha determina o modo de desgaste

e o filme presente na superfície que influencia no coeficiente de fricção. O equilíbrio

da temperatura é relacionado com o calor de entrada (proporcional ao peso do

veículo, à velocidade inicial e à frequência de parada) e a magnitude do calor

dissipado. O calor é perdido através da condução para o conjunto de freio assim

como por convecção e radiação para a vizinhança.

14

2.7. Calor de entrada

A entrada instantânea de calor (eq.23) no freio q é igual a mudança da

energia cinética no veículo:

23 -

2

2

1mv

tKE

tKEq

onde q = razão de entrada de calor no freio, Btu/s

KE = energia cinética do veículo, Btu

m = massa do veículo, peso/32,2 ft/s2

v = velocidade instantânea do veículo, ft/s

O design do sistema de freio irá determinar a porcentagem do total de calor

gerado que irá se dissipar em cada roda.

2.8. Variação de temperatura

O aumento de temperatura no conjunto do freio (equações 24 e 25) pode ser

aproximado pela clássica expressão:

24 - cW

HT

onde T = variação de temperatura, °F

c = calor específico, Btu / (lbm.°F)

W = massa do freio, lbm

H = calor, cal

Uma equação similar pode ser escrita no SI:

15

25 - cm

ET

onde T = aumento de temperatura, °C

c = calor específico, J/ kg. °C

m = massa do freio, kg

E = energia, Btu

As equações acima (equações 24 e 25) podem ser usadas para explicar o

que acontece quando o freio opera. Entretanto, existem muitas variáveis envolvidas,

então não é de se esperar que tais análises se aproximem de resultados

experimentais. Por essa razão, tais análises devem ser utilizadas, em ciclos

repetitivos, onde se tem um melhor efeito na performance.

Um objeto aquecido a uma temperatura T1 esfria até uma temperatura

ambiente Ta de acordo com a relação exponencial abaixo (eq.26):

26 - tWCAU

aai eTTTT)/(

1 )(

onde Ti = temperatura instantânea no tempo t, °F;

A = área de transferência de calor, ft2;

U = coeficiente de superfície, Btu/(ft2.s.°F).

A temperatura do freio depois de repetidas frenagens vai depender de

quanto do calor gerado é perdido devido à condução, convecção e radiação. Outro

fator significante será o torque residual no freio. Esse torque residual não gera altas

temperaturas, mas reduz a perda de calor do freio, mudando efetivamente o

equilíbrio da temperatura após múltiplas frenagens.

2.9. Conceitos gerais de atrito

Os conceitos gerais de atrito ou fricção têm sido desenvolvidos ao longo dos

anos. Como aço e ferro fundido são aplicados no revestimento dos freios, as fontes

principais de fricção são:

16

Adesão: com o movimento do revestimento sobre o tambor ou a

superfície do rotor, seus constituintes metálicos unem-se ao material do rotor e do

tambor. O cisalhamento dessa junção produz a força friccional.

Deformação por cisalhamento: o coeficiente de fricção cresce à medida

que a temperatura cresce, sugerindo que a deformação seja um fator importante,

pois a resina amacia-se com o crescimento da temperatura. Acredita-se que o efeito

da deformação ocorre a partir da formação de uma onda de deformação e não a

partir de uma perda por histereses.

Sulcos: durante o processo de movimento tangencial entre as

superfícies, protuberâncias no disco do tambor encadeiam-se com partículas dos

ingredientes, desarranjando-as. Quando a tensão última é excedida, ocorre a ruptura

no polímero e as partículas são perdidas. Para que não ocorra a perda dessas

partículas, longos amiantos ou fibras de aço fornecem a tensão mecânica

necessária para evitar perdas excessivas de material durante a abertura dos sulcos.

Histereses: a energia perdida que está envolvida com a tensão elástica

produz uma fonte muito pequena de fricção no freio.

Filmes da superfície: a contaminação da superfície com material de

revestimento decomposto afeta muito o coeficiente de fricção por reduzir a adesão e

a deformação por cisalhamento.

A importância de cada componente de fricção discutido acima variará de

acordo com a vida do revestimento. A operação inicial do sistema pode envolver

grandes ranhuras devido à alta rugosidade original da superfície. À medida que a

rugosidade vai diminuindo com o uso, o efeito positivo do crescimento da adesão vai

ficando mais importante assim como o efeito negativo da contaminação das

superfícies.

O coeficiente de fricção para o material de freios com fricção em ferro

fundido é uma função da carga, velocidade e temperatura. A expressão da força

(eq.27) pode ser escrita como:

27 - F = K(T)Pa(T)

Vb(T)

Onde

K(T) = constante, dependente da temperatura;

17

P = carga normal;

a(T) = expoente da carga dependente da temperatura;

V = velocidade de escorregamento;

b(T) = expoente da velocidade dependente da temperatura.

Pela influência da carga, velocidade e temperatura para um material de

fricção como o amianto, percebe-se que o aumento da carga ou da velocidade

causa um decrescimento no coeficiente de fricção. Entretanto, análises como essas

devem ser feitas com cuidado devido à grande influência que a temperatura da

superfície causa no coeficiente de fricção.

2.10. Tratamentos

Como os processos de produção nem sempre fornecem materiais com a

estrutura requerida para determinada utilização, se faz necessário passar por alguns

tratamentos térmicos ou termoquímicos.

“Operações de aquecimento e resfriamento subsequentes dentro de

condições controladas de temperatura, tempo à temperatura, ambiente de

aquecimento e velocidade de resfriamento” (CHIAVERINI, V., 1986,) e “tratamentos

de aquecimento e resfriamento controlados, são destinados a mudar as

características dos aços e das ligas especiais” (SANTOS, R.R., 2014), são

definições básicas para os tratamentos térmicos.

Os tratamentos térmicos têm duas divisões, os tratamentos térmicos

também, conhecido como tratamento termomecânico (quando existem esforços

mecânicos além de sua temperatura), e os tratamentos termoquímicos. Enquanto os

tratamentos térmicos têm por definição: mudar apenas as estruturas dos materiais

sem que se altere de maneira ou forma alguma a sua composição química, temos os

tratamentos termoquímicos que como no nome, são tratamentos que em sua

maioria, altera por princípio similar as estruturas dos materiais, mas com acréscimo

de material químico no processo.

18

2.11. Tratamentos Térmicos

Os tratamentos termoquímicos são processos que visam à adição de

Carbono, Nitrogênio e Boro na superfície dos aços e ligas. Como a difusão desses

elementos nos aços só é significativa em temperaturas elevadas (500-1000 oC)

esses tratamentos são chamados de Termoquímicos (VILLARES METALS, 2014).

Essa modificação é dada através da aplicação de calor em um meio

apropriado. A alteração da composição química do aço atinge uma profundidade da

camada que depende da temperatura de aquecimento e do tempo de permanência a

essa temperatura no meio escolhido. Durante a exposição, a peça é enriquecida de

elementos exterior, por difusão. A maioria dos processos industriais de tratamentos

termoquímicos inclui o enriquecimento, por difusão, das camadas superficiais da

peça com metais e não metais do meio exterior ativo (CHIAVERINI, V., 2003).

O objetivo principal é aumentar a dureza e a resistência ao desgaste da

superfície, sem afetar o núcleo do material, que deve ser mantido dúctil. Existem

alguns fatores fundamentais que influenciam o controle do processo. Entre eles

pode ser destacado:

O Potencial do Meio: Sendo esse meio sólido, liquido ou gasoso de fornecer

os elementos químicos, entre eles o carbono, o nitrogênio ou o boro. Além disso,

outro fato muito importante é a capacidade da peça de absorver o elemento químico

que ela foi submetida à reação. Devido à solubilidade e difusão do elemento químico

no aço. .Afinal cada elemento possui uma determinada afinidade com outra

substância (HONEYCOMBE, R.W.K., 1982).

Segundo SARTORI, ao contrário do que muitos pensam o principal objetivo

do tratamento térmico não é aumentar a resistência a desgaste.

De fato o tratamento térmico, afeta o aço como um todo, enquanto que a

questão do desgaste limita-se à superfície. Na realidade, o verdadeiro objetivo do

tratamento térmico é promover uma MODIFICAÇÃO MICROESTRUTURAL.

Também no caso dos aços ferramenta, o grande objetivo do tratamento térmico,

particularmente a têmpera é fazer uma alteração microestrutural, obtendo-se uma

estrutura de alta resistência mecânica, usualmente traduzida por um aumento de

19

dureza. Entretanto, o aumento de dureza é apenas uma consequência desta

alteração microestrutural, não devendo, nunca ser considerado um fim em si mesma

(SARTORI, C.H., 2015).

Para garantir o enriquecimento da peça com elementos do exterior existem

três processos que ocorrem simultaneamente. O primeiro processo é a formação do

elemento químico no estado atômico ativo como resultado de vaporização. O

segundo processo é a adsorção dos átomos na superfície da peça. O processo pode

incluir a simples adsorção física onde formam camadas monoatômicas ou

poliatômicas de adsorção em toda a superfície da peça, ou em suas regiões ativas

que formam as camadas pelas forças de Wan der Waals. O terceiro processo seria a

difusão dos átomos adsorvidos desde a superfície para o interior da peça. A

adsorção ocorre muito rápido, e a difusão ocorre lentamente. A concentração do

interior da peça depende da difusão. Por isso a atenção básica é outorgada aos

princípios da difusão (HONEYCOMBE, R.W.K., 1982).

Tabela 1 – Dados sobre difusão do B, C e Ni no Ferro (NOVIKOV, I.,

1994)

Elemento

Ferro α Ferro y

Q Q

Cal/mol /s Cal/mol

Boro 62000 21000

Carbono 19300 3,3x 27000

Nitrogênio 18900 7,8x 40000

Para a engenharia essas possíveis aplicações têm uma grande importância,

pois permite que se empreguem aços com elementos de liga, conseguindo um

núcleo de elevada resistência e com uma superfície dura, o que resulta materiais

que suportam elevados graus de tensões.

2.11.1. Têmpera

Têmpera é um dos processos utilizados no tratamento térmico de metais

para aumentar a dureza e conseqüente resistência dos mesmos. O processo da

20

têmpera consiste em duas etapas: aquecimento e esfriamento rápido. O

aquecimento visa obter a organização dos cristais do metal, numa fase chamada

austenitização. O esfriamento brusco visa obter a estrutura martensita (METAL

HARTE, 2014; FERMAC, 2014).

Na têmpera o aquecimento é superior à 50°C em relação à temperatura

crítica, que é de 727°C. O objetivo é conduzir o aço a uma fase, na qual se obtém a

homogeneização da austenita, para obter a futura dureza. Após dessa fase o aço

pode ser submetido a outras fases, dependendo das necessidades. A temperatura

nessa fase é temperatura de austenização. Cada aço tem sua composição à

temperatura que varia de aço para aço. A têmpera é obtida em temperaturas

diferentes, o que depende da composição do aço da peça e dos seus objetivos.

Portanto, a têmpera de uma dada peça leva em consideração muitos fatores

(FERMAC, 2014).

O próprio tempo de exposição da peça na temperatura de austenização é

considerado quando se faz a sua têmpera. Cada aço tem uma temperatura de

austenização, e que é aquela que proporciona o máximo de dureza. Essa

temperatura é obtida dentro de fornos, os quais podem ser por chama ou por

indução elétrica (fig.10). A austenização, e consequentemente a têmpera, pode

ocorrer apenas na superfície da peça ou em toda ela, dependendo do tempo de

exposição.

Figura 10 – Esquema simplificado da têmpera por indução (MSPC, 2014).

A figura 9 exibe um esquema simplificado da têmpera por indução. O

aquecimento é dado por uma bobina de indução à qual se aplica por um

determinado certo tempo, uma corrente alternada cuja freqüência pode ser de

alguns quilohertz a poucos mega-hertz, dependendo das dimensões da peça e da

21

profundidade desejada de têmpera. Em geral, a bobina tem algum meio de

refrigeração para prevenir o próprio aquecimento, como tubo com água conforme a

figura 9 (MSPC, 2014).

Figura 11 - Esquema simplificado da têmpera por chama (MSPC, 2014).

Na têmpera por chama (fig.11), o aquecimento é dado pela combustão de

algum gás como acetileno, propano ou outros. A figura 10 exibe um esquema

simplificado. Nos equipamentos práticos, a peça pode girar para obter um

aquecimento uniforme; ou vários outros arranjos podem ser usados de acordo com a

geometria da peça, como aplicações comuns de barramento, dentes de

engrenagens, cames, eixos e outros (MSPC, 2014).

Alguns valores típicos de têmpera por chama são: temperatura 815°C,

profundidade 4,5mm, dureza até 65HRC. Naturalmente, para ambos os processos

(indução e chama), o aço deve ter teor de carbono suficiente para permitir a

têmpera, em geral acima de 0,4%C (MSPC, 2014).

A segunda etapa da têmpera é o resfriamento, o qual deve ser brusco, em

óleo ou água. A rapidez do resfriamento é importante para impedir que o aço mude

para fase diferente daquela que se obteve na temperatura de austenização (obter

estrutura martensítica). Quase sempre, após a têmpera, a peça é submetida ao

Revenimento (FERMAC, 2014).

A têmpera aumenta a dureza do aço e tornar mais elevado seu limite de

escoamento e sua resistência à tração, à compressão e ao desgaste. A resistência

elétrica também se eleva. Em conseqüência da têmpera diminuem, porém, a

resistência ao choque, o alongamento, a estricção, a ductilidade, etc. (COLPAERT,

H., 1974).

22

Contudo, dá ainda aos aços duros a faculdade de manter melhor o

magnetismo, isto é, conservar-se imantado mais fortemente, depois de submetido a

um campo magnético. Por isso, são aço temperado os ímãs permanentes, como os

dos magnetos, as agulhas das bússolas, etc. (COLPAERT, H., 1974).

2.11.2. Revenido

O processo térmico de Revenimento tem por objetivo corrigir aços cuja

tenacidade é baixa e a dureza excessiva, resultando em aços de tenacidade

aumentadas (METAL HARTE, 2014), tendo como resultado final uma martensita

revenida.

Revenimento é o reaquecimento das peças temperadas, a temperaturas

abaixo da linha inferior de transformação do aço. Dependendo da temperatura

resulta em pequena ou grande transformação da estrutura martensítica revenida.

(FERMAC, 2014).

Na faixa de 140°C e 200°C não há alterações expressivas num aço, a

dureza cai para 58 a 60RC dependendo da composição do aço. O revenimento,

nesta faixa de temperatura mudou pouco o aço.

Na faixa de 210°C e 260°C as tensões são alteradas, e começa a baixar a

dureza, e não teve nenhuma modificação na estrutura considerável. O revenimento

inicia a alteração da estrutura.

Na faixa de 270°C e 360°C começa a precipitação de carbonetos finos. O

revenimento já faz mudanças maiores na estrutura.

Na faixa 370°C e 730ºC a transformação na estrutura é maior. Conforme a

temperatura de revenimento é maior, a Cementita precipita fica mais grossa e se

tornam visíveis numa matriz férrica. A 730ºC o revenimento pode levar a uma queda

da dureza significativa.

Aços altamente ligados apresentam um comportamento diferente no

revenimento, pois a faixa de 500°C e 600ºC apresenta precipitação de carboneto de

liga (endurecimento secundário).

23

2.11.2.1. Revenimento prensado

Este processo é determinado pela necessidade da pela manter suas

dimensões críticas dentro dos limites especificados. Ele é realizado após uma

têmpera ou após um trabalho de estampagem ou usinagem, onde se requerer que

as medidas da peça (planicidade, mais especificamente). Permaneçam ou voltem as

suas condições de desenho. Todo o processo é desenvolvido e acompanhado para

cada tipo de peça em questão, com a fabricação de dispositivos de bloqueio

específicos ao Projeto (METAL HARTE, 2014).

2.12. Tratamento Termoquímico

Os tratamentos termoquímicos são tratamentos que utilizam a temperatura e

mudança química superficial nos materiais. Tem como objetivo aumentar dureza e

resistência ao desgaste de superfície. Mantém o interior da peça intocado, ou seja, o

interior do mesmo não será afetado, já que são tratamentos que chegam até certa

profundidade e nunca ao núcleo.

Os tratamentos termoquímicos mais comuns são:

Nitretação

Cementação

Carbonitretação

Cianetação

Boretação

No presente trabalho, damos ênfase apenas no processo de Nitretação

líquida.

2.12.1. Nitretação

O processo de Nitretação é um processo que a exemplo da Cementação

também altera a composição de uma camada superficial do aço. Entretanto, ao

24

contrário da Cementação, a camada Nitretada não necessita ser temperada, tendo

em vista que os Nitretos que se formam já possuem dureza elevada.

A camada Nitretada tem menor espessura do que a Cementada, raramente

ultrapassando 0,8 mm, caso contrário os tempos seriam muito grandes o que torna o

método antieconômico (SANTOS, R.R., 2014; MACHADO, A. L., 2012)

Vantagens do Processo

Entre as vantagens da nitretação podemos citar as seguintes:

Alta dureza com alta resistência ao desgaste.

Alta resistência à fadiga e baixa sensibilidade ao entalhe.

Melhor resistência à corrosão.

Alta estabilidade dimensional.

Aplicação

Os processos de Nitretação são utilizados, por ordem de importância, no

tratamento de metais ferrosos, metais refratários e, mais recentemente, de alumínio.

O processo de Nitretação de superfícies se aplica, entre outras, à indústria

mecânica, automotiva, hidráulica, de deformação de metais, forjaria; siderúrgica,

biomédica e alimentação. O processo é utilizado no tratamento de moldes de injeção

de plásticos, de peças automotivas (válvulas, engrenagens, pistões, etc.), moldes de

extrusão de alumínio, ferramentas de corte e usinagem de metais, punções de

matrizes para corte em geral, tratamento de próteses, etc.

2.12.2. Nitretação Líquida

Na Nitretação liquida o aquecimento é feito na mesma faixa de temperatura

da Nitretação a gás 500 a 570⁰C, utilizando um banho à base de cianeto. Em razão

disso adiciona também um pouco de carbono a peça (CHIAVERINI, V., 2003).

Também conhecida como “Nitretação tenaz” possibilita a Nitretação de

qualquer aço, inclusive aços de baixo carbono, como o 1015 e aços rápidos. Não

25

produz camadas espessas como a Nitretação a gás, sendo assim a Nitretação a

gás é preferida quando se quer maior penetração superficial.

Mas nos dois tipos de Nitretação obtém-se igualmente, camadas de boa

resistência à fadiga e com menores tendências ao equipamento (VENDRAMIM, J.

C., 2002).

Um banho comercial de sais de Nitretação consiste na mistura dos seguintes

sais:

Sais de sódio (60%a 70% em peso na mistura),

Sais de potássio (30% a 40%em peso da mistura)

Essa mistura de sais possui uma temperatura de operações correspondente

a 565⁰C.

Um sal empregado na Nitretação e aços para ferramentas apresentam a

seguinte composição:

NaCN -30% no máximo.

C ou -25% no máximo;

Outros ingredientes ativos 4,0%; umidade 2,0% máximo;

KCI- restante

À temperatura de Nitretação, carbono e nitrogênio são liberados, porem

somente essa ultima é mais ativa a essa temperatura, se difundido no ferro e

formando, como já foi mencionado, Nitretos em maior quantidade de carbonetos.

Esses Nitretos e o Fe3C formam inicialmente a camada ou faixa branca de

espessura diminuta. O nitrogênio penetra mais profundamente, formando a “faixa de

difusão”. Nessa faixa de difusão, no caso dos aços carbonos, formam-se Nitretos de

ferro e no caso de aços-liga, formam-se Nitretos especiais (CHIAVERINI, V., 2003;

NOVIKOV, I., 1994).

26

2.13. Fundamentos do processo de revestimentos

Habitualmente as operações de revestimento são definidas como a

deposição de metal de aporte sobre a superfície de um metal base, com o propósito

de prover as propriedades elou dimensões requeridas da peça em condições de

serviço. Existem várias categorias de revestimentos que são utilizadas de acordo

com as propriedades que se desejem obter, conforme descrito a seguir:

2.13.1. Revestimentos de aços oxidáveis ("cladding")

São utilizados, geralmente, para depositar uma capa de metal de aporte

sobre um aço ao carbono de baixa liga com o propósito de prover na superfície uma

proteção contra a corrosão ambiental, quando em geral, a resistência do

revestimento não é incluída no projeto do componente. Esse tipo de revestimento

pode ser aplicado para resistir à corrosão localizada Cpffing"), gretas de corrosão,

corrosão intergranular e corrosão de baixas tensões. A resistência à corrosão do

revestimento, em muitos casos, é o fator limitante na vida do componente, sendo,

portanto, a primeira consideração a ser levada em conta para selecionar a liga, o

processo de soldagem e o procedimento a utilizar (Conde, 1986).

2.13.2. Revestimentos de reconstrução ("build up")

Refere-se à adição de metal por soldagem, na superfície do metal base, com

o objetivo de restaurar as dimensões originais no componente. A resistência da

solda é um importante pré-requisito que deve ser considerado no projeto (Conde,

1986).

2.13.3. Amanteigamento ("buttering")

Aplicação de um ou mais passes de solda na face da junta. A diferença do

caso anterior está no fato de ser usado por razões metalúrgicas e não por controle

dimensional. Um exemplo clássico é a deposição de ligas de alto níquel sobre uma

27

base de aço de baixa liga. A parte amanteigada pode ser usada na condição como

soldada ou sofrer tratamento térmico posterior para a obtenção de propriedades

especiais (Conde, 1986).

2.13.4. Revestimentos duros ("hardfacing")

Segundo Hutchings (1992), entende-se por revestimento duro, uma liga

homogeneamente depositada por soldagem, na superfície de um material mole,

geralmente um aço de baixo ou médio carbono, com o propósito de aumentar a sua

dureza e resistência ao desgaste, sem provocar perda significativa de ductilidade e

tenacidade do substrato. Conde (1986) afirma que os revestimentos duros são

empregados com o fim de reduzir o desgaste por abrasão, erosão, impacto ou

cavitação.

Usualmente são aplicados pelos processos de soldagem Oxiacetilêníco

(OFW) a Arco Elétrico com Eletrodos Revestidos (SMAW), MIGIMAG (GMAW), Arco

Submerso (SAW) e Arames Tubulares (FCAffi). Os eletrodos revestidos são

utilizados devido ao seu baixo custo e facilidade de aplicação, enquanto os arames

tubulares têm sido preferidos pela alta produtividade aliada à alta qualidade de solda

(Buchely et aí, 2005)

2.14. Princípios e fundamentos do processo de soldagem (MIG/MAG)

2.14.1. Introdução processo de soldagem

O processo de soldagem GMAW - Gas Metal Arc Welding ou MIG/MAG,

como também é conhecido, tem como princípio de funcionamento a utilização de um

arco elétrico para aquecer a superfície a ser soldada e um eletrodo metálico

alimentado continuamente. O calor gerado pelo arco funde a ponta do eletrodo e a

superfície do metal de base para formar a poça de fusão, a qual é protegida dos

efeitos nocivos do ar atmosférico, por intermédio de um gás de proteção,

proveniente de uma fonte externa. A principal característica dos processos

MIG/MAG é a proteção gasosa que envolve a atmosfera adjacente à poça de fusão,

28

e que é proporcionada por gases inertes ou mistura de gases ativos e inertes, no

caso do processo MAG. Estes processos (figuras 12 e 13) são utilizados para unir

peças metálicas pelo aquecimento e pela fusão delas a partir de um arco elétrico

estabelecido entre um eletrodo metálico nu e a poça de fusão, como ilustra as

Figuras abaixo.

Figura 12 – Processo de soldagem (www.esab.com.br).

2.14.2. Funcionamento

O processo de soldagem funciona com corrente contínua (CC),normalmente

com o arame no pólo positivo. Essa configuração é conhecida como polaridade

reversa.

São comumente empregadas correntes de soldagem de 50 A até mais que

600 A e tensões de soldagem de 15 V até 32 V. Um arco elétrico autocorrigido e

estável é obtido com o uso de uma fonte de tensão constante e com um alimentador

de arame de velocidade constante.

No processo MIG a proteção gasosa utilizada é constituída de um gás inerte,

ou seja um gás normalmente monoatômico como Argônio ou Hélio, e que não tem

nenhuma atividade física com a poça de fusão.

OBS: Proteção Inerte –Argônio ou Hélio ou misturas de ambos (mais comum 50% ou 75% de Argônio).

No processo MAG a proteção gasosa é feita com um gás dito ativo, ou seja,

um gás que interage com a poça de fusão, normalmente CO2 - dióxido de Carbono.

GMAW, (abreviatura do inglês Gás Metal Arc Welding) que é a designação que

engloba os dois processos.

http://pt.wikipedia.org/wiki/CO2

29

OBS: Proteção Ativa -CO2 ou misturas Argônio + CO2 5%, 18% ou 20%, ou misturas Argônio + O2 a 5%, ou misturas Argônio + CO2+ O2.

Figura 13 – Processo de soldagem (guias oxigênio.com).

2.14.3. Equipamentos

Os equipamentos de processo de soldagem MIG/MAG (figuras 14 e 15)

podem ser usados manual ou automaticamente. Veja na figura abaixo o modelo de

um equipamento para a soldagem manual. Equipamentos para soldagem manual

são fáceis de instalar. Como o trajeto do arco é realizado pelo soldador, somente

três elementos principais são necessários:

- tocha de soldagem e acessórios;

- motor de alimentação do arame;

- fonte de energia.

30

Figura 14 – Instalações para a soldagem manual (alienstore.com.br).

1. Cabo de solda (negativo)

2. Refrigeração da tocha (água)

3. Gás de proteção

4. Gatilho da tocha

5. Água de refrigeração para a tocha

6. Conduíte do arame

7. Gás de proteção vindo do cilindro

8. Saída de água de refrigeração

9. Entrada de água de refrigeração

10. Entrada de 42 V (CA)

11. Cabo de solda (positivo)

12. Conexão para a fonte primária (220/380/440 V)

Figura 15 – Tochas de soldagem e acessórios (ebah.com.br).

31

A tocha guia o arame (fig.15) e o gás de proteção para a região de soldagem.

Ela também leva a energia de soldagem até o arame. Tipos diferentes de

tocha foram desenvolvidos para proporcionar o desempenho máximo na soldagem

para diferentes tipos de aplicações. Elas variam desde tochas para ciclos de

trabalho pesados para atividades envolvendo altas correntes até tochas leves para

baixas correntes e soldagem fora de posição. Em ambos os casos estão disponíveis

tochas refrigeradas a água ou secas (refrigeradas pelo gás de proteção), e tochas

com extremidades retas ou curvas. Geralmente são adicionados sistemas de

refrigeração na tocha para facilitar o manuseio. Nos casos em que são executados

trabalhos com altas correntes é possível usar uma tocha mais robusta. Uma tocha

seca típica MIG/MAG, contem os seguintes acessórios:

- bico de contato;

- bocal;

- conduíte;

- cabo.

O bico de contato é fabricado de cobre eletrolítico é utilizado para conduzir a

energia de soldagem até o arame bem como dirigir o arame até a peça. A tocha (e

também o bico de contato) é conectada à fonte de soldagem pelo cabo de solda.

Como o arame deve ser alimentado facilmente pelo bico de contato e também fazer

um bom contato elétrico, seu diâmetro interno é importante. O folheto de instruções

fornecido com cada tocha relaciona o diâmetro correto do bico de contato para cada

diâmetro de arame. O bico de contato, que é uma peça de reposição, deve ser preso

firmemente à tocha e centrado no bocal. O bocal direciona um fluxo de gás até a

região de soldagem. Bocais grandes são usados na soldagem a altas correntes

onde a poça de fusão é larga. Bocais menores são empregados na soldagem a

baixas correntes. O conduíte é conectado entre a tocha e as roldanas de

alimentação. Ele direciona o arame à tocha e ao bico de contato. É necessária

uma alimentação uniforme para se obter a estabilidade do arco. Quando não

suportado adequadamente pelo conduíte, o arame pode se enroscar. Quando se

usam arames de aço, recomenda-se que a espiral do conduíte seja de aço. Outros

materiais como nylon e outros plásticos devem ser empregados para arames de

32

alumínio. A literatura fornecida com cada tocha lista os conduítes recomendados

para cada diâmetro e material do arame.

Figura 16 – Alimentador de arame (www.esab.com.br).

O motor de alimentação de arame e o controle de soldagem (fig.16) são

frequentemente fornecidos em um único módulo — o alimentador de arame —

mostrado na Figura 6. Sua principal função é puxar o arame do carretel e alimentá-lo

ao arco. O controle mantém a velocidade predeterminada do arame a um valor

adequado à aplicação. O controle não apenas mantém a velocidade de ajuste

independente do peso,mas também regula o início e fim da alimentação do arame a

partir do sinal enviado pelo gatilho da tocha. O gás de proteção, a água e a fonte de

soldagem são normalmente enviados à tocha pela caixa de controle. Pelo uso de

válvulas solenóides os fluxos de gás e de água são coordenados com o fluxo da

corrente de soldagem. O controle determina a sequencia de fluxo de gás e

energização do contator da fonte. Ele também permite o pré e pós-fluxo de gás.

2.14.4. Fonte de soldagem

Quase todas as soldas com o processo MIG/MAG são executadas com

polaridade reversa (CC+). O pólo positivo é conectado à tocha, enquanto o negativo

é conectado à peça. Já que a velocidade de alimentação do arame e, portanto, a

corrente, é regulada pelo controle de soldagem, o ajuste básico feito pela fonte de

33

soldagem é no comprimento do arco, que é ajustado pela tensão de soldagem. A

fonte de soldagem também pode ter um ou dois ajustes adicionais para uso com

outras aplicações de soldagem (por exemplo, indutância).

2.14.5. Principais vantagens

O processo de soldagem MIG/MAG proporciona muitas vantagens na

soldagem manual e automática dos metais para aplicações de alta e baixa

produção.

• Não há necessidade de remoção de escória;

• Alta taxa de deposição do metal de solda;

• Tempo total de execução de soldas de cerca da metade do tempo se

comparado ao eletrodo revestido;

• Altas velocidades de soldagem; menos distorção das peças;

• Largas aberturas preenchidas ou amanteigadas facilmente, não há

perdas de pontas como no eletrodo revestido.

34

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1. Material de base do estudo

Composição química do ferro fundido GGG40, utilizado nos tratamentos de

Têmpera, Endurecimento por Chama (Revenido) e Nitretação Líquida, Composição

química do aço carbono ASTM-A516-10-60 e a Composição química do Consumível

de solda Megafil MF A730M.

Tabela 2 – Composição ferro fundido GGG40

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO FERRO FUNDIDO GGG40

Carbono Cromo Magnésio Cobre Manganês Silício Fósforo Enxofre

3,8% 0,05% 0,05% 0,05% 0,20% 2,90% 0,054% 0,01%

Tabela 3 – Composição aço ASTM-A516-10-60

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO AÇO ASTM-A516-10-60

Carbono Cromo Molibdênio Cobre Manganês Silício Fósforo Enxofre

0,14% 0,023% 0,003% 0,01% 0,99% 0,208% 0,012% 0,005%

Tabela 3 (Continuação) – Composição aço ASTM-A516-10-60

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO AÇO ASTM-A516-10-60

Alumínio Níquel Nióbio Vanádio Titânio ------------ ------------ -----------

0,040% 0,011% 0,003% 0,002% 0,002% ------------ ------------ -----------

Tabela 4 – Composição do consumível de solda Megafil MF A730M

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO MATERIAL DE REVESTIMENTO

Carbono Cromo Manganês Silício ---------- ------------ ------------ -----------

0,22% 1,3% 1,5% 0,6% ---------- ------------ ------------ -----------

35

O ferro fundido GGG 40 foi escolhido para fazer parte desta pesquisa, por se

tratar do mesmo material estrutural que compõe o metal base das polias de freios

mais antigas e das adquiridas recentemente da empresa Tec Tor Ind. Equip. Ltda.

(fig.18). O mesmo foi adquirido junto a Indufer comércio de ferro e aço Ltda. (fig17),

uma empresa de Jundiaí na grande São Paulo. Essa amostra foi dividida a princípio

em 5 pedaços, porém, só fizemos utilização de 03 amostras uma para tratamento de

Nitretação, outra para tratamento de Tempera e a ultima para Endurecimento por

Chama. Todos os tratamentos térmicos foram realizados na empresa

BRASTEMPERA com o objetivo de aumenta a dureza superficial das amostras,

aproximadamente igual ao da superfície da polia analisada.

Figura 17 – Chapa de ferro fundido GGG40 adquirida no mercado e

cortada em 5 pedaços.

Figura 18 - Polia adquirida na Tec Tor Ind. Equip. Ltda.

OBS: Analise de dureza na polia adquirida na Tec Tor Ind. Equip. Ltda, com

durômetro portátil (portable hardness teste mod.9002 + 2007) indicou uma dureza

média superficial da ordem de 276 HB.

Um outro material utilizado foi o aço ASTM A516-10-60 fornecido pela

Usiminas Siderúrgicas de Minas Gerais S.A., é um material muito abundante na

Nuclep devido as sobras de materiais de vários contratos e projetos já realizados e

entregues aos clientes. Ele também é bem similar em termos de resistência ao

material encontrado nas polias mais novas que são soldadas.

36

Figura 19 - Polia fabricada de chapas de aço carbono soldada de uma ponte rolante

da Nuclep.

Foram cortados algumas amostras para se fazer os ensaios preliminares e

o teste final, englobando a realização de endurecimento com a adição de metal duro

na superfície e posteriormente como as demais amostras submetidas ao ensaio de

tratamento térmico superficial, o teste de desgaste de fricção.

Um outro material utilizado foi o consumível de solda foi o Megafil MF A

730M da Empresa HOBART Filler Metals (fig.20) que possui uma dureza na faixa de

270 HB à 330HB ideal para esse experimento. A ITW Welding Brasil/ Alumaq /

Miller/ Hobart são grandes fornecedores de máquinas, equipamentos e consumíveis

de solda, no Brasil e também para a NUCLEP, por isso o grande interesse da

realização desse experimento junto aos nossos parceiros comerciais.

Figura 20 – Consumível de solda Megafil MF A 730M da Empresa HOBART

Filler.

37

3.2. Tratamentos Térmicos e Termoquímico

As amostras de ferro fundido GGG 40 (fig.21), foram devidamente

identificadas e enviadas para a realização de tratamentos térmicos de Nítretação,

Endurecimento por Chama e Têmpera na empresa BRASTÊMPERA, com o apoio e

a supervisão do nosso colega de Mestrado Engenheiro Ítalo.

Figura 21 – Amostras identificadas e enviadas para a realização do T.T.

Tabela 5 – Distribuição para tratamento das amostras

AMOSTRAS TRATAMENTO SUBMETIDO

1 Nitretação líquida

2 Endurecimento por Chama

3 Têmpera e Revenido

As amostras foram lixadas na lixadeira Politriz da marca Knuth-rotor, feito no

laboratório industrial de metalurgia da NUCLEP (fig.22), com lixas 400, 600, 800 e

1200. Logo em seguida, foram polidas em pasta de diamante 3 mµ, e entregues

para BRASTÊMPERA (figuras 23 e 24) para tratamento químico de Nitretação

Líquida e tratamentos térmicos de Endurecimento por Chama e de Têmpera e

Revenido.

38

Figura 22 – Laboratório industrial de Qualidade da NUCLEP.

3.2.1. Tratamento Termoquímico de Nitretação Líquida

Figura 23 – Forno de banho nº 1 (BRASTÊMPERA).

Tabela 6 - Especificação técnica do banho de Nitretação Líquida. Adaptado

[Brastêmpera]

ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DO BANHO DE NITRETAÇÃO LÍQUIDA*

DENOMINAÇÃO

ETA 15 ETA 16

SAL PARA NITRETAÇÃO TEC NIT R TEC NIT B

UTILIZAÇÃO

Regeneração do nível de trabalho em

banhos de sal de nitretação Sursulf

Enchimento do nível de trabalho em

banhos de sal de nitretação Sursulf.

ESPECIFICAÇÃO

Cor: branco

Estado físico: sólido (pastilhas)

Cor: branco

Estado físico: pó

39

Tri-hidroxi-s-triazina: 96% min

Identificação: produto, data de

validade, lote.

Teor de cianato: 32% a 37%

Identificação: produto, data de

validade, lote.

REFERÊNCIA

Conforme informações técnicas

contidas no boletim técnico (EPA 65)

do fornecedor de 11/10/03 revisão 00.

Conforme informações técnicas

contidas no boletim técnico (EPA 64)

do fornecedor de 11/10/03 revisão 00.

*Cedida pela BRASTÊMPERA. Elaborada pelo Eng. Ítalo de Carvalho Ítalo.

Observação: O material de regeneração e enchimento é misturado para

preparar o banho.

3.2.2. Tratamento Térmico de Têmpera e Endurecimento por Chama

Figura 24 – Entrada no forno câmara, para tratamento de têmpera.

Sistema de têmpera em óleo: o tanque de têmpera possui camisa dupla,

isolada termicamente, e tem capacidade para aproximadamente 2.000 litros de óleo

de têmpera. A recirculação do óleo é feita por dois agitadores com hélices de ferro

fundido e acionamento por motores elétricos de dupla potência e dupla velocidade

(MANUAL DE INSTRUÇÕES COMBUSTOL – Forno elétrico tipo Batch para

tratamento térmico – Modelo T-4E).

OBS: Temperatura máxima = 1000°C (forno câmara: têmpera).

É feito na câmara de resfriamento, a carga a ser temperada é transferida

automaticamente da câmara de aquecimento para a plataforma de mergulho, de

acordo com o programa do CLP e sistema supervisório.

40

Têmpera em óleo

A plataforma mergulha a carga no tanque de óleo, onde permanece durante

o tempo determinado no procedimento que está sendo executado.

A agitação do óleo, para homogeneização da temperatura, é feita por dois

agitadores que forçam a passagem do óleo pela carga através dos defletores do

tanque.

Durante a têmpera em óleo o motor bomba permanece ligada, recirculando o

óleo pelo trocador de calor, até que sua temperatura retorne ao setpoint ajustando

no programa. No fim do ciclo a plataforma sobe, após o término do tempo de

drenagem do óleo, a carga deve ser retirada pelo operador (MANUAL DE

INSTRUÇÕES COMBUSTOL – Forno elétrico tipo Batch para tratamento térmico –

Modelo T-4E).

Figura 25 – Amostras tratadas (Têmpera, Nítretação Líquida e Endurecimento

por Chama) na BRASTÊMPERA.

OBS: Não foi desenvolvido nenhum estudo a respeito da aplicação de

revestimento de metal duro em amostra de ferro fundido GGG 40, pois, segundo o

fabricante dos consumíveis, para realizarmos tal procedimento de soldagem, seria

necessário aquecer a amostra a uma temperatura de aproximadamente 750°C e

com um eletrodo especial de níquel e ferro-fundido efetuarmos a aplicação do metal

duro, utilizando, contudo uma técnica de martelamento a cada passe de solda, como

recurso para eliminar as tensões trativas na região da zona fundida. Tal

41

procedimento teria um custo muito elevado, que acabaria inviabilizando o

experimento.

3.3. Aplicação de Metal Duro na Superfície da amostra de Aço Carbono ASTM-

A516-10-60

3.3.1. Seleção da Amostra de Aço Carbono ASTM-A516-10-60

Esse material foi selecionado para os ensaios e testes levando-se em conta

principalmente a sua abundancia na fabrica e a similaridade com o aço carbono

utilizada na construção das polias soldadas (fig.26).

Figura 26 – Sobras de aço carbono ASTM-516-10-60 e Certificado do

material.

3.3.2. Definição dos Parâmetros de Soldagem

Utilizado o consumível de s

centro universitÁrio estadual da zona oeste … · orientação dada não somente durante o...

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