rosa l. simencio otero lauralice de c. f. canale · têmpera em salmoura • o termo salmoura...
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Rosa L. Simencio OteroLauralice de C. F. Canale
MEIOS DE RESFRIAMENTO
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OS MEIOS DE RESFRIAMENTO NA TÊMPERA
• Histórico
• Objetivos do resfriamento
• Meios
• Mecanismos de resfriamento
• Problemas relacionados a não uniformidade
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HISTÓRICO
Mackenzie; D. S. (2006) The history of Quenching. ADVANCED MATERIALS & PROCESSES/SEPTEMBER , 39-40
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HISTÓRICO
Mackenzie; D. S. (2006) The history of Quenching. ADVANCED MATERIALS & PROCESSES/SEPTEMBER , 39-40
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HISTÓRICO
• Mitos: escravos
• Verdades:
• Aço de Damasco (desde 330AC)
• Espadas e facas feitas em Toledo (século IX)
• Outros meios de resfriamento
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HISTÓRICO• CHINA
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HISTÓRICO• JAPÃO
Metalurgicamente avançados.
Desde 4 e 5 DC já usavam taxas de resfriamento específicas
(espessura da argila) para cada região da arma
• Têmpera em tanque de água– Aresta transforma em martensita– Corpo em ferrita e perlita
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A têmpera e os meios de resfriamento
Processo de têmpera envolve dois processosdiferentes, com mútua interação entre eles:
• DINÂMICA DA TAXA DE EXTRAÇÃO DE CALOR
Constante mudança do fluxo de calor dentro da peça e da transferência de calor na superfície
• CINÉTICA DA TRANSFORMAÇÃO DE ESTRUTURAS
Mostrada para cada composição de aço pelo seurespectivo diagrama CCT
.
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Têmpera do Aço
Aquecimento do aço até temperatura de
austenitização
Resfriamento rápido para formação da
estrutura martensítica
Resistência
Dureza
Tenacidade
Dependem da transferência de calor
na interface do metal quente
Tipo do fluido de resfriamento
e das condições do banho9
Principais objetivos do meio de resfriamento
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• Produzir as
transformações
metalúrgicas
desejadas;
• Evitar a formação de
trincas;
• Minimizar distorções
devido a não-
uniformidade da
transferência de calor.
Meios de Têmpera mais empregados
Os meios de têmpera mais utilizados são
• Água
• Salmoura
• Óleo
• Ar
• Solução de polímeros
• Soda cáustica
Canale, L. C. F.; Crnkovic, O. R.; Canale, A.C.; Groessles, J. B. (1996). Características de resfriamento de soluções de polímeros para
têmpera. M&M – Metalurgia e Materiais, 52 (455), 4p.
Canale, L. C. F.; Ruggieri, J. E.; Crnkovic, O. R.; Totten, G. E. (2002). Quenching oils: classification of quench severity. Heat Treatment
of Metals, China, 27(2), 4p.
Canale, L. C. F.; Totten, G. E. (2005). Quenching technology: a selected overview of the current state-of-art. Materials Research, 8 (4),
5p.
Estágios de Resfriamento• A têmpera em um meio líquido pode ocorrer em três estágios:
• 1o Estágio: quando o aço é introduzido forma-se uma camada de vapor que rodeia o metal e o resfriamento se faz por condução e radiação através da camada gasosa
• 2o Estágio: A película de vapor vai desaparecendo e dando lugar à formação e desprendimento de bolhas
• 3o Estágio:resfriamento se dá por condução e convecção.Durante este estágio ocorre a transformação martensítica
Estágios de Resfriamento
1. Resfriamento lento
2. Resfriamento
rápido
3. Taxas lentas de
resfriamento
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Totten, G.E., Totten, G.E., Bates, C.E., Clinton, N.A. “Chapter 4 – Quenching Oils”, Handbook of
Quenchants and Quenching Technology, ASM International, Materials Park, OH, USA, p. 129
– 159, 1993.
Estágios de Resfriamento
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Devido a não-uniformidade durante o processo de
resfriament, diferentes coeficientes de calor são
observados e estes estágios ocorrem
simultaneamente.
Têmpera em água
• A água atinge a máxima taxa de resfriamento e é usada quando não resulta em excessiva distorção ou trinca da peça
• Utilizada para o resfriamento de metais não ferrosos, anos inoxidáveis austeníticos
• Os valores mais elevados de dureza são obtidos com temperatura de 15o C a 25oC, pois acima dessa temperatura há o favorecimento de formação de estruturas mais moles pelo prolongamento do 10
estágio
Têmpera em água
Têmpera em salmoura • O termo salmoura refere-se á solução aquosa contendo diferentes
quantidades de cloreto de sódio (NaCl) ou cloreto de cálcio (CaCl). As concentrações de NaCl variam entre 2 á 25%, entretanto, utiliza-se como referência a solução contendo 10% de NaCl.
• As taxas de resfriamento da salmoura são superiores às obtidas em água pura para a mesma agitação. A justificativa é que, durante os primeiros instantes da têmpera, a água evapora com contato com a superfície metálica e pequenos cristais de NaCl depositam-se nesta. Com o aumento da temperatura, ocorre a fragmentação destes cristais, gerando turbulência e destruindo a camada de vapor
Têmpera em salmoura
Têmpera em salmoura
Principais vantagens:
• Taxa de resfriamento maior que da água
• Temperatura de têmpera menos crítica
• Resfriamento mais uniforme, ocasionando menor distorção das peças
Desvantagens:
• Controle das soluções
• Custo mais alto
• Natureza corrosiva da solução
Têmpera em óleo
• Os óleos de têmpera podem ser divididos em vários grupos baseado na composição,efeito de resfriamento e temperatura
• Óleos convencionais – sem adição de aditivos
• Óleos rápidos – mistura de óleos minerais, contém aditivos que fornecem efeitos de têmpera mais rápidos
• Óleos de martêmpera – altos efeitos de têmpera devido à aditivos aceleradores de velocidade
• Óleos solúveis – normalmente utilizados como fluidos refrigerantes, mas em concentrações de 3 a 15 % são utilizados em têmpera com efeitos similares à água
Têmpera em óleo
Têmpera em óleo - Considerações
• A maior parte dos óleos de têmpera apresentam taxas de resfriamento menores que as obtidas em água ou em salmoura, entretanto, nestes meios o calor é removido de modo mais uniforme, diminuindo as distorções dimensionais e a ocorrência de trincas
• Os óleos são normalmente usados na faixa de temperatura de 40 a 95o C
• Temperaturas mais altas causam envelhecimento
• Temperaturas mais baixas causam distorção na peça pelo efeito de tempera mais rápido e perigo de fogo pela alta viscosidade
Têmpera em óleo - Considerações
Têmpera em ar
• Como a água, o ar é um meio de tempera antigo, comum e barato.
• A aplicação do ar forçado como meio de têmpera é mais comum em aços de alta temperabilidade como aços-liga e aços-ferramenta. Aços carbono não apresentam temperabilidade suficiente e, conseqüentemente, os valores de dureza após a têmpera ao ar são inferiores aos obtidos em óleo, água ou salmoura.
• Como qualquer outro meio de têmpera, suas taxas de transferência de calor dependem da vazão.
Têmpera em ar
Têmpera em ar
G. Belinato, L. C.F. Canale ,G. E. Totten. Gas quenching. In: Quenching Theory & Technology, 2nd
Edition. Editors: Tensi, Canale and Totten.
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Têmpera em solução de polímeros
• Essas soluções são utilizadas como meio intermediário entre água e óleo
• Isto porque a água se torna inadequada algumas vezes devido à formação de trincas enquanto que o óleo possui capacidade de extração de calor relativamente baixa
• Com a seleção de um polímero básico, através do controle de sua concentração e do procedimento de têmpera é possível cobrir toda uma faixa intermediária entre óleo e água com tão pequenos incrementos quanto se queira
Têmpera em soda cáustica
• Soluções aquosas de soda cáustica são também utilizadas em 5 a 10% de concentração
• O desempenho é similar ao das soluções de salmoura, porém não apresenta comportamento corrosivo
• Essas soluções são utilizadas para processos de grande produção enquanto que a salmoura é adequada para aplicações pequenas de têmpera em ferramentas
Tipos de meios de resfriamento
Seleção do meio:
Distorções
XTaxa de transferência de calor
A técnica que gera mínimas distorções não geraaltas taxas de transferência de calor e vice-versa
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Estágios de Resfriamento
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Mecanismos de Resfriamento
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Problemas relacionados a nãouniformidade
• Expansão – Contração
• Resistência – Temperatura
• Volume da fase transformada
• Severidade – Secção
Canale, L.C.F.; Totten, G.E. (2005). Overview of distortion and residual stress due to quenching process
part I: factors affecting quench distortion. International Journal of Materials and Product Technology, 24 (1-
4) 48p.
Distorções e trincas
Tensões residuais
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Problemas relacionados a nãouniformidade
Meio de têmpera :
água a 30°C, agitação
média.
Meio de têmpera: água
quente a 70°C, agitação
média.Meio de têmpera :
solução aquosa de
polímero 12% a 40°C,
agitação média.
.
Kavalco, P.; Canale, L. C. F. (2008). Estudos de distorção, dureza e corrosão intergranular de ligas de alumínio
aeronáuticas. Relatório de iniciação científica da FAPESP. 52p.Trabalho apresentado no IV TTT (temas em tratamentos
térmicos)
•Distorção de chapas de alumínio
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Processos e meios nãoconvencionais
Óleos vegetais
– Resistência à oxidação
– Influência da oxidação no mecanismo de resfriamento
– Formulação com aditivos anti-oxidantes e anti-corrosivos
Canale, L. C. F.; Fernandes, M. R.; Agustinho, S. C. M.; Totten, G. E.; Farah, A. F. (2005). Oxidation of vegetable oils and its
impact on quenching performance. International Journal of Materials and Product Technology, 24 (1-4) 24p.
Komatsu D.; Souza E. C.; Souza, E. C.; Canale, L. C. F.; Totten, G. E. Effect of Antioxidants and Corrosion Inhibitor
Additives on the Quenching Performance of Soybean Oil. Strojniski Vestnik – Journal of Mechanical Engineering , 56 (2), 9p.
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Souza, E. C; Fernandes, M. R.; Agostinho, S. C. M.; Canale, L. C. F.; Totten, G. E. (2009). Comparison of structure
and quenching performance of vegetable oils. Journal of ASTM International, 6 (9) 24p.
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O fator de Grossmann, H, é obtido por:
Onde h é o coeficiente de transferência de calor e k a condutividade térmica do material
Kobasco, N. I.; Souza, E. C.; Canale, L. C. F.; Totten, G. E. (2010). Vegetable oils quenchants: Calculation and
comparison of the cooling properties of a series of vegetable oils. Strojniski Vestnik – Journal of Mechanical
Engineering , 56 (2), 11p.
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Processos e meios nãoconvencionais
Belinato, G.;Canale, L. C. F.; Totten, G. E.; Fontes, S. R. (2010). Ação de antioxidantes em óleos de têmpera a base de soja
e dendê. Trabalho a ser apresentado no 18th IFHTSE, Rio de Janeiro, 25 a 30 de julho.
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Processos e meios nãoconvencionais
Belinato, G.;Canale, L. C. F.; Totten, G. E.; Fontes, S. R. (2010). Ação de antioxidantes em óleos de têmpera a base de soja e
dendê. Trabalho a ser apresentado no 18th IFHTSE, Rio de Janeiro, 25 a 30 de julho.
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REFERÊNCIAS
• Fernandes, P. (2008). Nanoquenchants for Industrial HeatTreatment. JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING AND PERFOMANCE, 17 (1): 101-103.
• Jagannath, V.; Prabhu, N.K.(2009). Severity of Quenching andKinetics of Wetting of Nanofluids and Vegetable Oils. JOURNAL OF ASTM INTERNATIONAL, 6 (3) 9p.
• Wu, D.; Zhu, H.; Wang, L. Liu, L. (2009). Critical Issues in nanofluids preparation, Characterization and ThermalConductivity. (2009). CURRENT NANOSCIENCE, 5 103-122.
• Lofti, H.; Shafu, M.B.(2009). Boiling heat Transfer on a HighTemperature Silver Sphere in Nanofluids. INTERNATIONAL JOURNAL SCIENCE OF THERMAL SCIENCES, 48, 2215-2220
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