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Perguntas frequentes sobre o processamento de metais e materiais

O aumento da variabilidade da temperatura no meu forno de recozimento pode estar causando as variações de ductilidade no meu produto? plus minus

Depende da quantidade e da localização da variabilidade. A variabilidade nos parâmetros críticos de recozimento — temperatura, ponto de orvalho e composições da atmosfera — pode ter um impacto significativo na qualidade do produto. Para ajudar a encontrar a fonte da variabilidade, registre os parâmetros críticos do processo durante a produção — desvios de temperatura maiores do que o normal podem afetar o crescimento do grão, a dureza e a ductilidade. Em seguida, você pode correlacionar execuções de baixa qualidade para as tendências de dados e identificar o que pode estar causando a mudança nas propriedades.

Instalar um sistema de controle de processo para monitorar e controlar essas variáveis pode ajudar a reduzir a variabilidade. Um pequeno investimento em tecnologia de controle pode garantir um grande retorno nos custos de produção reduzidos e na qualidade aprimorada. Nossos engenheiros comerciais e a ampla experiência em controles de processo podem ajudar você a melhorar a consistência do seu processo e economizar dinheiro.

Mark Lanham
Mark Lanham
Engenheiro de aplicações, América do Norte

Os componentes de aço carbono têm sido rotineiramente recozidos ou tratados termicamente em atmosferas de nitrogênio-hidrogênio para aliviar a tensão, alterar a microestrutura e/ou melhorar a aparência da superfície por vários anos. A taxa de fluxo e a composição da atmosfera de nitrogênio-hidrogênio a ser usada para recozimento de componentes em fornos são geralmente determinadas por uma abordagem de tentativa e erro. Ao determinar a taxa de fluxo da atmosfera e a composição que produz as peças com qualidade aceitável, elas são fixadas para futuras operações de recozimento. Embora a composição da atmosfera de nitrogênio-hidrogênio introduzida em um forno não mude com o tempo, o verdadeiro potencial de redução ou oxidação da atmosfera dentro do forno muda continuamente com o tempo devido a vazamentos e correntes de ar no forno, dessorção de impurezas (como umidade da superfície dos componentes) ou decomposição do lubrificante presente na superfície dos componentes que estão sendo recozidos. Essa mudança contínua no potencial de redução ou oxidação da atmosfera dentro do forno dificulta que os tratadores térmicos comerciais e produtores de peças produzam componentes recozidos com boa qualidade e consistência e que efetivamente gerem concorrência no mercado global. Portanto, para fornecer flexibilidade operacional para tratadores térmicos comerciais e produtores de peças em termos de (1) controle do verdadeiro potencial de redução ou oxidação da atmosfera dentro do forno e (2) melhoria da qualidade dos componentes recozidos, a Air Products desenvolveu um controle avançado e um sistema de monitoramento.

Mark Lanham
Mark Lanham
Engenheiro de aplicações, América do Norte

Na indústria de processamento de metais, as aplicações de tratamento térmico são necessárias para a produção de peças com as propriedades mecânicas e de superfície desejadas, bem como para o alívio de tensões após a deformação mecânica. Hoje, algumas empresas usam geradores exotérmicos/endotérmicos ou dissociados de amônia para criar as atmosferas necessárias. Em comparação com atmosferas compostas de gases técnicos, como nitrogênio e hidrogênio, esses gases gerados apresentam sérias desvantagens.

Mark Lanham
Mark Lanham
Engenheiro de aplicações, América do Norte

Todas as classes de aços inoxidáveis são ligas à base de ferro com porcentagens significativas de cromo. Normalmente, os aços inoxidáveis contêm menos de 30% de cromo e mais de 50% de ferro. Suas características inoxidáveis resultam da formação de uma película superficial de óxido de cromo (Cr₂O₃) invisível, aderente, protetora e autocorretiva. Embora os aços inoxidáveis sejam resistentes à ferrugem em temperatura ambiente, eles estão sujeitos à descoloração por oxidação em temperaturas elevadas devido à presença de cromo e outros elementos de liga, como titânio e molibdênio.

Os fatores que contribuem para o aumento da oxidação incluem altos pontos de orvalho, alto teor de oxigênio e óxidos de chumbo, boro e nitretos na superfície. Para os aços inoxidáveis brilhantes, processe-os em uma atmosfera altamente redutora com um ponto de orvalho inferior a -40 °F e um mínimo de 25% de hidrogênio.

Mark Lanham
Mark Lanham
Engenheiro de aplicações, América do Norte

A cor verde que você vê nas peças de aço inoxidável é o óxido de cromo (Cr₂O₃). Ele se forma quando há muito oxigênio e/ou muita umidade na atmosfera do forno, o que geralmente é causado por vazamento de água, baixo aperto da atmosfera ou taxas de fluxo excessivamente baixas de gás atmosférico. Uma cor verde-amarronzada escura indica níveis significativos de oxigênio livre dentro do forno originados por um grande vazamento de ar.

Além do teste tradicional de aço e cobre, algumas empresas colocam um pedaço de aço inoxidável no forno para verificar se há altos níveis de umidade e oxigênio. Uma maneira melhor e mais precisa de medir os níveis de umidade e oxigênio é instalar um analisador de oxigênio e um medidor de ponto de orvalho. É barato e altamente preciso. Se um filme de óxido verde estiver se formando nas peças de aço inoxidável, significa que o forno ou a atmosfera não estão otimizados.

Mark Lanham
Mark Lanham
Engenheiro de aplicações, América do Norte

A dezincificação é normalmente definida como a lixiviação de zinco a partir de ligas de cobre em uma solução aquosa. No processamento térmico de latão (e outras ligas contendo zinco), a dezincificação é a remoção de zinco do substrato de metal durante processos térmicos, como brasagem e recozimento, normalmente devido à pressão de vapor muito baixa do zinco nas ligas. A dezincificação pode resultar em poeira excessiva do forno, vapores de zinco em liga com outros metais e, em casos extremos, perda das propriedades da liga.

Embora nem sempre seja possível eliminar a dezincificação, ela pode ser reduzida durante o processamento térmico. O controle da temperatura, do tempo na temperatura e do potencial de redução da atmosfera do forno pode ajudar a minimizar a dezincificação e melhorar o processamento térmico. No entanto, compreender quais variáveis alterar pode ser um desafio. Os especialistas do setor na Air Products têm experiência em processamento térmico e podem ajudar você a identificar as variáveis reguláveis para reduzir custos e melhorar a produtividade, minimizando a dezincificação.

Mark Lanham
Mark Lanham
Engenheiro de aplicações, América do Norte

O recozimento brilhante de aços requer condições que se reduzem a óxidos de aço. Tradicionalmente, o diagrama de Ellingham é usado para prever as condições que correspondem à oxidação de metais puros ou à redução dos óxidos desses metais. Esse método pode ser usado para prever as condições que deveriam ser reduzidas aos óxidos de ferro e aos óxidos dos elementos de liga adicionados aos aços (como o óxido de cromo) quando os aços inoxidáveis são considerados. Essa abordagem tradicional não é precisa porque usa apenas dados termodinâmicos para metais puros e seus respectivos óxidos; ela ignora o fato de que o ferro e os elementos de liga formam uma solução sólida. Só é possível determinar a proporção de pressão parcial de equilíbrio aproximada do hidrogênio e do vapor d'água para a oxidação de um metal específico em uma determinada temperatura.

Como alternativa, você pode usar diagramas mais precisos e convenientes para aços e outras ligas, que são criados com a ajuda de bancos de dados modernos e programas de computador, como o FactSage™ (software termoquímico e pacote de banco de dados desenvolvido em conjunto pela Thermfact/CRCT e a GTT-Technologies) ou o software Thermo-Calc. Usando as curvas de oxidação-redução, apresentadas como ponto de orvalho de atmosferas de hidrogênio puro ou nitrogênio-hidrogênio versus temperatura, você pode selecionar rapidamente a atmosfera para o recozimento de aços sem formação de óxidos. O diagrama da Figura 1 foi calculado usando o FactSage. Este diagrama mostra que as curvas de oxidação-redução para sistemas Fe-18%Cr e Fe-18%Cr-8%Ni que representam aços inoxidáveis são mais altas do que as curvas correspondentes para Cr/Cr₂O₃. Para ligas (por exemplo: aços), você pode obter cálculos mais precisos usando dados termodinâmicos de substâncias puras (por exemplo: metais e óxidos puros) e bancos de dados de soluções. Esses diagramas podem ser produzidos especificamente para os aços de interesse e uma variedade de composições de atmosfera.

Esses métodos podem ajudar você a solucionar problemas e otimizar sua operação de recozimento, equilibrando o uso de hidrogênio em relação à qualidade do produto.

Figura 1:

What’s the best hydrogen concentration for our nitrogen-hydrogen atmosphere for bright annealing of steels?

Liang He - Metals Processing R&D Engineer
Liang He
Engenheiro de Pesquisa e desenvolvimento de processamento de metais, América do Norte
A pureza do meu gás é adequada para o meu processo? plus minus

Os gases industriais (como nitrogênio, hidrogênio e argônio) para atmosferas de fornos são caracterizados por sua pureza muito alta (> 99,995%). Os níveis de impureza típicos são muito menores que 10 partes por milhão em volume (ppmv) de oxigênio e menos de 3 ppmv de umidade (ponto de orvalho <– 90 °F). Normalmente, essa pureza é adequada para muitos processos envolvendo uma ampla variedade de materiais. No entanto, devido à alta reatividade, alguns materiais podem exigir purificação adicional para alcançar níveis ainda mais baixos de impureza, especialmente com gases fornecidos por meio de modos de fornecimento de trailer por meio de tubulação ou a granel. Algumas instalações utilizam purificadores em linha como uma precaução adicional contra impurezas coletadas da linha de produção. A purificação em linha normalmente envolve a remoção de oxigênio e umidade. Às vezes, com o suprimento de argônio, é necessário remover vestígios de impurezas de nitrogênio. A escolha do purificador depende do gás, além do tipo e da quantidade das impurezas a serem removidas.

Don Bowe
Don Bowe
Engenheiro de aplicações

Os fluxômetros devem ser dimensionados adequadamente para cada aplicação específica, tipo de gás, pressão do gás e faixa operacional. Primeiro, verifique se seu fluxômetro está calibrado de acordo com a gravidade específica do gás que você está medindo. Verifique a etiqueta ou o tubo de vidro do fluxômetro ou ligue para o fabricante para ter certeza. Depois, opere o fluxômetro apenas na pressão para a qual ele foi calibrado. Como exemplo, um medidor de vazão de área variável calibrado para 80 psi e lendo 1000 scfh realmente fornecerá 760 scfh se for operado a 40 psi. Este é um erro de 24%! Terceiro, para melhorar a precisão e permitir espaço para ajustes, dimensione o fluxômetro de forma que sua taxa de vazão normal esteja entre 30% e 70% da escala total. Essas três etapas ajudarão a garantir que você tenha um bom controle sobre seus fluxos de gás e, consequentemente, do seu processo.

Don Bowe
Don Bowe
Engenheiro de aplicações

Tradicionalmente, os cilindros de gás de alta pressão têm sido o modo de fornecimento para usuários na faixa de volume baixo a médio. Isso deixou as empresas vulneráveis aos riscos de segurança associados ao movimento dos cilindros e à exposição à alta pressão. A consolidação em um sistema de microbulk centralizado elimina a necessidade de manusear os cilindros e reduz o risco de mistura do produto. Outros benefícios incluem a diminuição da exposição a contêineres de alta pressão e a redução do congestionamento de tráfego com entregas menos frequentes do fornecedor. A Air Products desenvolveu a opção de fornecimento de microbulk como uma alternativa econômica e confiável aos cilindros de alta pressão para o fornecimento de nitrogênio, argônio, oxigênio e dióxido de carbono. Além de sistemas de armazenamento eficientes e flexíveis, soluções inovadoras de tubulação estão disponíveis para ajudar você a realizar uma transição suave de cilindros para microbulk.

Don Bowe
Don Bowe
Engenheiro de aplicações