Engenahria de Superficie 1

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<p>Seleo de MateriaisSeleo pelos requisitos da superfcie (solicitao na superfcie determinante)</p> <p>Resistncia a corroso Resistncia ao desgasteProcessamento de superfcies</p> <p>Seleo pelas propriedades mecnicas:</p> <p>Resistncia esttica Tenacidade Rigidez Fadiga FlunciaA.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>Demandas concentradas na superfcie</p> <p>Engenharia de Superfcie</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>A ENGENHARIA DE SUPERFCIES engloba uma sries de tcnicas com um mesmo objetivo, o de melhorar o desempenho de produtos/componentes.</p> <p>Permite que a superfcie do componente atenda a exigncias especficas e distintas daquelas exigidas para o substrato.</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>Objetivos:Resistncia ao desgaste Resistncia a corroso, oxidao e/ou sulfatizao Melhorar prop. mec. como resistncia a fadiga ou tenacidade Reduzir perdas por frico Melhorar prop. eltricas Melhorar isolamento trmico Melhorar aparncia</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisAbordagens da Engenharia de Superfcie :Modificao da Superfcie Adio de Camada Superficial</p> <p> Sem alterao da composio</p> <p> Hardfacing</p> <p>Tmpera Fuso Com alterao da composio Processos termoquimicos Implantao inica</p> <p>Soldagem (processos com fuso do substrato) Asperso trmica (processos sem fuso do substrato) Revestimentos CVD, PVD Filmes finos</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisPreveno</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTcnicas de Engenharia de Superfcie :Espessura afetada pelas diferentes tcnicas tem de ser considerada na fase de projeto</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisSolicitao na superfcie: corroso</p> <p>Preveno: Seleo de um outro metal ex: ao ligado ou inoxidvel Alterao do meio pelo uso de inibidores ou dessecadores Controle do potencial eletroqumico pela aplicao de corrente catdicas ou anodicas Aplicao de camada orgnica, metal ou inorgnica (cermico ou vidro)A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisSolicitao na superfcie: desgaste Tipos de desgaste de acordo com o movimento relativo: Deslizamento Impacto Rolamento</p> <p>Deslizamento</p> <p>Impacto</p> <p>Rolamento</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisSolicitao na superfcie: desgaste Tipos de contato abrasivo</p> <p>Modos de eroso</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisEfeito sinrgico entre mecanismos de corroso e de desgaste:um processo amplia os efeitos do outroAbraso:Remove revestimentos e a camada de xido protetora e expem a superfcie do metal, podenso ainda remo ver particulas do metal Forma entalhes microscpicos e identaes favorecendo a corroso eletroquimica Aumenta a rea real exposta a corroso Elimina camadas encruadas/jateadas Promove microtrincas nas materiais frgeis favorecendo o arrancamento de material Elevada deformao plstica encrua asuperfcie e aumenta a susceptibilidade ao ataque quimico</p> <p>CorrosoProvoca pits que induzem microtrincas As microtrincas nos pits favorecem o arrancamento do metal no impacto Aumenta a rugosidade da superfcie, reduzindo a energia necessria para remover o material por abraso Pode originar hidrognio, absoro e trincamento de aos Ataque selectivo dos contornos de gro e de fases menos nobres, fragilizando o material</p> <p>Impacto:A deformao plstica torna alguns constituintes mais susceptiveis a corroso Trinca constituintes frgeis, rasga constituintes ducteis formando locais favoraveis para corroso por frestas e arrancamento de material Fornece energia cintica necessria para intensivar o mecanismo de abraso Pressuriza o gua incentivando mecanismos como cavitao, eroso e oxidao do metal protetor Pressuriza gua e gases aumentando temperatura, alterao de fases decomposio ou reao de produtos Aumentando os efeitos do processo corrosivo</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisImportncia do substrato:</p> <p>Seleo do ao adequadoAos mdio C tempera superficial Aos baixo C cementao Aos ligados nitretao</p> <p>Adaptao interface- Camada de amanteigamento- Combinao de processos</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisSeleo finalCondies de operao</p> <p>Seleo do material</p> <p>Seleo do processo (compatvel com o material e com o substrato)</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>Tcnicas de processamento de superfcies</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>Tempera superficialOs diferentes processos de tempera superficial diferem entre si em funo da fonte de energia usada para austenitizar a superfcie e os meios de resfriamento</p> <p>Chama Induo</p> <p>LASER</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera superficialTempera de uma fina camada na superfcie do componente</p> <p>Caractersticas gerais:Relao tempo-temperatura Transformao em funo do tempo</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera superficialTaxa de aquecimento</p> <p>Estrutura inicial</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera superficial Tenses residuais: tempera superficial vs tempera plena</p> <p>Superfcie expande devido transformao martenstica; para manter a continuidade o ncleo tracionado para acompanhar a superfcie externaNcleo Tenaz</p> <p>O ncleo do componente que no foi aquecido, tende a manter a continuidade do material puxando a superfcie externa para as dimenses iniciais, provocando assim uma tenso de compresso</p> <p> A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>Tempera por ChamaAplicao direta de uma chama (combusto de uma mistura gasosa com oxignio ou ar)sobre a superfcie do componente.A temperatura elevada at a regio da transformao da austenita. A temperatura correta determinada pela cor do ao, e depende da experincia do operador. A profundidade de endurecimento pode ser aumentada pelo prolongamento do tempo de aquecimento. Podem ser atingidas profundidades de at 6,3 mm.</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por ChamaESCOPO E APLICAES Componentes com dimenses to grandes que tornem o aquecimento convencional em forno e tempera impraticveis ou economicamente inviveis.</p> <p>Tratamento de uma pequena rea ou seo da pea ou quando o tratamento trmico da pea como um todo prejudicial. Rigor dimensional da pea impraticvel, difcil de obter ou controlar com os processos convencionais. Utilizao de materiais menos nobres (mais baratos), levando a uma reduo do custo total quando comparado com outras tcnicas</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por ChamaProcessos estacionrio e progressivo</p> <p>Processo rotativo</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por Chama</p> <p>Processo rotativo</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por ChamaPROCESSAMENTO Condies da superficie:interferncia com o aquecimento e tempera: superaquecimento localizado, inicio de trincas, dureza no uniforme.Condio da superfcie Costuras, dobras ou sobreposies de componentes processados mecanicamente Efeito aps tempera Aquecimento localizado (podendo nos casos mais graves ocorrer fuso superficial), com consequente crescimento de gro, fragilizao, e elevada tendncia a trincar</p> <p>Poros de solidificaoIncrustaes decorrentes de tratamentos anteriores Efeito isolante no aquecimento, resultando em aquecimento e tempera no uniforme. Pontos macios na superfcie</p> <p>Ferrugem Descarbonetao Soldagens de materiais dissimilares Quando muito severo, o material no responde tempera, no endurecendo Regio soldada e material de base reagem de forma diferente ao tratamento de tempera; solda pode quebrar exigindo operaes de re-soldagem ou sucateamento do componente</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por ChamaPROCESSAMENTO - Fatores relevantes:</p> <p>Pr-aquecimento Meio de temperaTempera rotativa</p> <p>Tempera estacionria</p> <p>Tempera rotativa</p> <p>Efeito na profundidade de temperaTempera progressiva</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por ChamaPROCESSAMENTO - Fatores relevantes:</p> <p>Revenido por chama Dureza da camada tratadaDepende do teor de C; maior temperabilidade maior profundidade</p> <p>Controle dimensional:maior controlo que nos processos de tempera convencionais, depende:tamanho e geometria da pea rea e profundidade aquecida, temperabilidade do ao meio de tempera</p> <p>Seleo do materialaos temperveis (fundidos ou deformados) e ferros fundidos</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por ChamaSeleo do material:</p> <p> Aos carbono: 0.37 a 0.5%C mais usados, sees de at 13mm podem ser 100% temperadasos mais recomendados so 1042 e 1045, excepto: - Ao 1045 no tempera com um dado meio de tempera. - Quando necessria uma maior profundidade de tempera. - Aplicaes onde a resistncia ao desgaste o principal item, aconselhvel aumentar o teor de carbono para0.6%C ou mais. - Quando se necessita um meio de tempera mais severo para atender as exigncias de dureza superficial, resultando em trincas superficiais, ento deve-se selecionar um ao de maior temperabilidade - maior teor de carbono ou elementos de liga.</p> <p>Aos liga- Elevada resistncia do ncleo de componente, obtida por tratamento trmico antes da tempera por chama - O peso e geometria das peas, possibilidade de distoro e de trinca, exclui os aos carbono - Alguns aos ligados so adquiridos com maior facilidade do que alguns aos carbono(ex: ao com elevado teor de carbono e mangans)A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por ChamaSeleo do material:</p> <p>Ferros Fundidos:- Ferros fundidos cinzentos, ducteis, e maleveis perlticos, com teores de carbono combinado entre 0.35% e 0.8%, tero a mesma resposta que os aos. - Abaixo de 0.35% de carbono combinado os ferros fundidos no repondem ao tratamento devido falta de capacidade da austenita para dissolver a grafita durante os curtos tempos de aquecimentos envolvidos no processo de tempera superficial (por isso o FF malevel com todo o C na forma de grafita no utilizavel). - Acima de 0.8% de carbono combinado, apresenta fragilidade e susceptibilidade para trincar quando aquecido e temperado rpidamente. O fator mais importante na resposta dos FF a sua microestrutura antes da tempera por chama: - FF sem ferrita na sua microestrutura exigem curtos tempos de austenitizao, para se obter a tempera final. - Quantidades moderadas de ferrita, exigem elevados tempos de austenitizao, para que aps resfriamento se obtenha a dureza necessria. - Matrix de perlita fina, apresenta uma resposta muito rpida tempera superficial, com excelente suporte do ncleo camada endurecida.A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>Tempera por InduoMtodo de aquecimento verstil de metais condutores, que permite um endurecimento uniforme e localizado da superfcie.</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por Induo</p> <p>O ao aquecido por um campo magntico gerado por uma corrente alternada de alta frequncia que passa atravs de um indutor ( bobina de cobre resfriada a gua). Campo gerado depende da resistncia da corrente e do n. voltas da bobinaAnulamento de campo</p> <p>Colocar prximo da pea a tratar, maior n. de linhas de fluxo, melhor o aquecimentoA.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por Induo</p> <p>Efeito da temperatura na resistividade eltrica Resistividade eltrica e as propriedades magnticas dos metais variam com a temperatura.temperatura aumenta =&gt;, permeabilidade magntica diminui (at se atingir a temperatura de Curie)</p> <p>A diminuio da permeabilidade magntica com a temperatura significa a perda das propriedades ferromagnticas e da facilidade destes aos serem aquecidos por induo.</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por Induo</p> <p>Bobinas diversas:1 volta</p> <p>Tratamentos seletivo</p> <p>Vrias voltas</p> <p>Tempera roda dentada</p> <p>Zona tratada</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTmpera por induo A pea colocada no interior de uma bobina submetida passagem de corrente alternada. O campo energiza a pea, provocando seu aquecimento. Dependendo da frequncia e da corrente, a taxa e a profundidade de aquecimento podem ser controladas.</p> <p>varredura</p> <p>estacionrio</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera por Induo</p> <p>Possveis problemas: Pontos macios: resulta de bolsas de vapor que se formam na superfcie da pea evitando o seu rpido resfriamento</p> <p> Trincas de tempera: podem ocorrer devido a severidade de tempera excessiva, tempera no uniforme, rugosidade superficial. Distoro do componente: ocorre em consequncia do alivio de tenses residuais, aquecimento desigual tempera no uniforme ou geometria do prprio componente.</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>Tempera a LASERFonte de luz com a qual se pode aplicar quantidade de energia prdeterminadas em regies especificas de um componente. Variando a potncia do laser, a profundidade de absoro do calor pode ser controlada.</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera a LASER</p> <p>Feixe de laser incide numa superfcie, parte da sua energia absorvida como calor na superfcie</p> <p>Parmetros de processamento</p> <p>Elevadas densidades de potncia</p> <p>+curtos tempos de interao</p> <p>aquecimento e resfriamento rpidos pequenas ZTA pequenas distores do componente no afeta as propriedades no interior do componente.</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera a LASER</p> <p>Dimenso do spot do feixe: determinanda no fabricante 2-3mm</p> <p>Laser CO2 superficie revestida com grafite ou xido de ferro para reduzir refletividade Outros lasers (Nd/Yag; diodos) no necessitam de revestimento</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera a LASERTaxa de aquecimento: ~106 K s-1 Taxa de resfriamento: 104 K s-1 Auto-tempera por conduo trmica no substrato Transformao martenstica em ao de muito baixo C, sem distorao e trincas superficiais</p> <p>Profundidades de tempera</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera a LASERSobreposio de pistasescoamento de calor lateral -&gt; revenimento de regies vizinhasEste efeito tanto mais pronunciado quanto menor for a velocidade de processamento.</p> <p>Regies macias so prejudiciais: - podem ser aproveitadas para acomodar as tenses das reas vizinhas mais duras. - devero localizar-se em reas menos solicitadas</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisTempera a LASER</p> <p>Principais vantagens:Controlo rigoroso da potncia utilizada e aplicada ao material Elevada densidade de potncia em reas selecionadas, minimiza a energiatotal introduzida e consequentemente a distoro dimensional, Capacidade de alcanar reas de difcil acesso. No requer vcuo ou atmosfera controlada, permite que a distncia pea seja grande Possibilidade de processar peas de geometria complexa e irregular</p> <p>Principais desvantagens: profundidade tratada limitada a 2.5mm ou menos investimento inicial muito grande.</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisFuso superficial por LASER</p> <p>Requer densidades de potncias mais elevadas que a tempera.Endurecimento de ligas que no podem ser temperadas ex.: ferros fundidos malevel ferriticos, a fuso aumenta a difuso do carbono, aps um resfriamento rpido obtmse uma regio endurecida</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de MateriaisFuso superficial por LASER</p> <p>Alteraes da microestrutura:refinamento de gro solues slidas fina disperso de precipitados Em qualquer dos casos sempre ocorre um aumento da resistncia e da dureza da superfcie Superfcies tratadas sob a proteo de um gs inerte para evitar oxidao.</p> <p>A rugosidade da superfcie tratada maior do que na tempera e depende das variaes dimensionais que acompanham as alteraes da microestrutura</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>Tratamentos termoquimicos</p> <p>A.S.DOliveira</p> <p>Seleo de Materiais</p> <p>C...</p>