Aula11-Meios de Resfriamento

Slide 1

LAURALICE DE CAMPOS FRANCESCHINI CANALE

MEIOS DE RESFRIAMENTO1OS MEIOS DE RESFRIAMENTO NA TMPERAHistricoFuno do resfriamentoMeiosMecanismos de resfriamentoProblemas relacionados a no uniformidade

2HISTRICO

Mackenzie; D. S. (2006) The history of Quenching. ADVANCED MATERIALS & PROCESSES/SEPTEMBER , 39-40

3HISTRICOMitos: escravos

Verdades:

Ao de Damasco (desde 330AC)

Espadas e facas feitas em Toledo (sculo IX)

Outros meios de resfriamento

4HISTRICOCHINA

JAPOMetalurgicamente avanados. Desde 4 e 5 DC j usavam taxas de resfriamento especficas (espessura da argila) para cada regio da arma

Tmpera em tanque de guaAresta transforma em martensitaCorpo em ferrita e perlita

5A tmpera e os meios de resfriamentoProcesso de tmpera envolve dois processos diferentes, com mtua interao entre eles:

DINMICA DA TAXA DE EXTRAO DE CALORConstante mudana do fluxo de calor dentro da pea e da transferncia de calor na superfcieCINTICA DA TRANSFORMAO DE ESTRUTURASMostrada para cada composio de ao pelo seu respectivo diagrama CCT.

6Tmpera do ao

7

Funo do resfriamento

7Meios de Tmpera mais empregadosOs meios de tmpera mais utilizados soguaSalmouraleoArSoluo de polmerosSoda custica

Canale, L. C. F.; Crnkovic, O. R.; Canale, A.C.; Groessles, J. B. (1996). Caractersticas de resfriamento de solues de polmeros para tmpera. 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.

Estgios de ResfriamentoA tmpera em um meio lquido pode ocorrer em trs estgios:

1o Estgio: quando o ao introduzido forma-se uma camada de vapor que rodeia o metal e o resfriamento se faz por conduo e radiao atravs da camada gasosa

2o Estgio: A pelcula de vapor vai desaparecendo e dando lugar formao e desprendimento de bolhas

3o Estgio:resfriamento se d por conduo e conveco.Durante este estgio ocorre a transformao martenstica10Anotar tudo sobre cada estgio e estudar!!!!!!!!!!!!!!!Estgios de Resfriamento

11Tmpera em guaA gua atinge a mxima taxa de resfriamento e usada quando no resulta em excessiva distoro ou trinca da pea

Utilizada para o resfriamento de metais no ferrosos, anos inoxidveis austenticos

Os valores mais elevados de dureza so obtidos com temperatura de 15o C a 25oC, pois acima dessa temperatura h o favorecimento de formao de estruturas mais moles pelo prolongamento do 10 estgio

Tmpera em salmoura O termo salmoura refere-se soluo aquosa contendo diferentes quantidades de cloreto de sdio (NaCl) ou cloreto de clcio (CaCl). As concentraes de NaCl variam entre 2 25%, entretanto, utiliza-se como referncia a soluo contendo 10% de NaCl.

As taxas de resfriamento da salmoura so superiores s obtidas em gua pura para a mesma agitao. A justificativa que, durante os primeiros instantes da tmpera, a gua evapora com contato com a superfcie metlica e pequenos cristais de NaCl depositam-se nesta. Com o aumento da temperatura, ocorre a fragmentao destes cristais, gerando turbulncia e destruindo a camada de vapor

Tmpera em salmouraPrincipais vantagens:Taxa de resfriamento maior que da guaTemperatura de tmpera menos crticaResfriamento mais uniforme, ocasionando menor distoro das peas

Desvantagens:Controle das soluesCusto mais altoNatureza corrosiva da soluoTmpera em leoOs leos de tmpera podem ser divididos em vrios grupos baseado na composio,efeito de resfriamento e temperatura

leos convencionais sem adio de aditivos

leos rpidos mistura de leos minerais, contm aditivos que fornecem efeitos de tmpera mais rpidos

leos de martmpera altos efeitos de tmpera devido aditivos aceleradores de velocidade

leos solveis normalmente utilizados como fluidos refrigerantes, mas em concentraes de 3 a 15 % so utilizados em tmpera com efeitos similares gua

Tmpera em leo - ConsideraesA maior parte dos leos de tmpera apresentam taxas de resfriamento menores que as obtidas em gua ou em salmoura, entretanto, nestes meios o calor removido de modo mais uniforme, diminuindo as distores dimensionais e a ocorrncia de trincas

Os leos so normalmente usados na faixa de temperatura de 40 a 95o CTemperaturas mais altas causam envelhecimento

Temperaturas mais baixas causam distoro na pea pelo efeito de tempera mais rpido e perigo de fogo pela alta viscosidade

Tmpera em arComo a gua, o ar um meio de tempera antigo, comum e barato.

A aplicao do ar forado como meio de tmpera mais comum em aos de alta temperabilidade como aos-liga e aos-ferramenta. Aos carbono no apresentam temperabilidade suficiente e, conseqentemente, os valores de dureza aps a tmpera ao ar so inferiores aos obtidos em leo, gua ou salmoura.

Como qualquer outro meio de tmpera, suas taxas de transferncia de calor dependem da vazo.

Tmpera em ar

G. Belinato, L. C.F. Canale ,G. E. Totten. Gas quenching. In: Quenching Theory & Technology, 2nd Edition. Editors: Tensi, Canale and Totten.

9Tmpera em soluo de polmerosEssas solues so utilizadas como meio intermedirio entre gua e leoIsto porque a gua se torna inadequada algumas vezes devido formao de trincas enquanto que o leo possui capacidade de extrao de calor relativamente baixaCom a seleo de um polmero bsico, atravs do controle de sua concentrao e do procedimento de tmpera possvel cobrir toda uma faixa intermediria entre leo e gua com to pequenos incrementos quanto se queiraTmpera em soda custicaSolues aquosas de soda custica so tambm utilizadas em 5 a 10% de concentraoO desempenho similar ao das solues de salmoura, porm no apresenta comportamento corrosivoEssas solues so utilizadas para processos de grande produo enquanto que a salmoura adequada para aplicaes pequenas de tmpera em ferramentasTipos de meios de resfriamentoSeleo do meio: Distores X Taxa de transferncia de calor

A tcnica que gera mnimas distores no gera altas taxas de transferncia de calor e vice-versa

8Estgios de Resfriamento

11Mecanismos de Resfriamento

12Mecanismos de ResfriamentoFrente de molhamento

No homogeneidade: Fonte de distoro e trincas

Canale, L.C.F.; Luo, X.; Yao, X.; Totten, G. E. (2010) Quenchant Characterization by Cooling Curve Analysis. Journal of ASTM International, 6 (2), 29p. 13Problemas relacionados a no uniformidadeExpanso ContraoResistncia TemperaturaVolume da fase transformadaSeveridade Seco

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.Distores e trincas Tenses residuais

15Problemas relacionados a no uniformidade

Meio de tmpera : gua a 30C, agitao mdia.

Meio de tmpera: gua quente a 70C, agitao mdia.

Meio de tmpera : soluo aquosa de polmero 12% a 40C, agitao mdia.

.

Kavalco, P.; Canale, L. C. F. (2008). Estudos de distoro, dureza e corroso intergranular de ligas de alumnio aeronuticas. Relatrio de iniciao cientfica da FAPESP. 52p.Trabalho apresentado no IV TTT (temas em tratamentos trmicos)

Distoro de chapas de alumnio14Problemas relacionados a no uniformidadeDistribuio invertida da dureza

Chiquete, C. M.; Canale, L.C.F., Totten, G. E.; Ventura, J. M. (2010). DUREZA INVERTIDA EM AOS PARA MOLAS . Trabalho a ser apresentado no 18th IFHTSE. Rio de Janeiro, 25 a 30 julho.


Canale, L. C. F.; Totten, G. E. (2004). Eliminate quench cracking with uniform agitation. Heat Treating Progress, 4(4), 3p


18Problemas relacionados a no uniformidadeDureza Invertida

Shimizu, N. Tamura, I. (1978). Inverse Quench-hardening of Steel. Transactions ISIJ, 18, 5p.

Shimizu, N. Tamura, I. (1978).Effect of the discontinuous change in cooling rate during continuous cooling on perlitic transformation behavior of steel. Transactions ISIJ, 17, 7p.

Liscic, B.; Grubisic, V.; Totten, G. E. (1996). Controllable Delayed Quenching. Equipment and Processes. Proceedings of the Second Interl. Conference on Quenching and the Control of Distortion. ASM International. 8p.

Liscic, B. (2005). Controllable heat extraction technology- what it is and what it does. International Journal Materials and Product Technology, 24(1-4). 14p.

19Processos e meios no convencionaisleos vegetais

Resistncia oxidaoInfluncia da oxidao no mecanismo de resfriamentoFormulao 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. 26Souza, 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.

27O fator de Grossmann, H, obtido por:Onde h o coeficiente de transferncia de calor e k a condutividade trmica 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.28Processos e meios no convencionais Belinato, G.;Canale, L. C. F.; Totten, G. E.; Fontes, S. R. (2010). Ao de antioxidantes em leos de tmpera a base de soja e dend. Trabalho a ser apresentado no 18th IFHTSE, Rio de Janeiro, 25 a 30 de julho.

29Processos e meios no convencionais Belinato, G.;Canale, L. C. F.; Totten, G. E.; Fontes, S. R. (2010). Ao de antioxidantes em leos de tmpera a base de soja e dend. Trabalho a ser apresentado no 18th IFHTSE, Rio de Janeiro, 25 a 30 de julho.

30Processos e meios no convencionaisRiofano, R. M. M. Otimizao das condies industriais para tmpera de grandes massas de aos. RELATRIO GERALBOLSA DE PS-DOUTORADO EMPRESARIAL. 164p. (PDI) PROCESSO: 300113/2004-8

Substituio tanque leo por gua

Aos VMO e VP20 ISO

Simulaes: HT mod Abaqus Deform

32Processos e meios no convencionais

33Processos e meios no convencionais34

Processos e meios no convencionais

35Processos no convencionais


Tenses compressivas superficiais Magnitude e localizao adequadas37Processos no convencionais


39Processos no convencionaisCanale, L. C. F.; Merheb, E.; Vendramim, J. C. Totten, G. E.; Kobasco, D. N.; Aronov, J. A. (2007) Intensive quenching to reduce the carburizing cycle for automotive cross production. 24th Heat Treating Society Conference and Exposition, Detroit MI, ASM 2007. 4p Aumento da dureza superficialAumento da profundidade da durezaObteno de uma martensita mais refinadaBaixo teor de austenita retidaRefinamento da estrutura do groIntroduo de tenses residuais superficiais mais compressivas (-415,5 MPa)

Reduo de 25% do ciclo de cementao

40Processos e meios no convencionais

Zanato, M. A.; Canale, L. C. F.; Totten, G. E. (2010). Avaliao de um sistema laboratorial de tmpera intensiva. Trabalho apresentado no V TTT.Canale, L. C. F. ; Canale, A. C.; Bose, W. W. Construo de um sistema laboratorial de tmpera intensiva. Projeto universal CNPq.41Tmpera Intensiva RefernciasKOBASCO, N.I; ARONOV, M.A; POWELL, J.A; CANALE, L.C.F.; TOTTEN, G.E. Intensive quenching process classification and applications. Heat Treatment of Metals, Birmingham, UK, v.31, n.3, p.51-58, 2004.

KOBASCO, N.I; ARONOV, M.A; POWELL, J.A; CANALE, L.C.F.; TOTTEN, G.E. Improved production of automotive parts by intensive quench processing. La Metallurgia Italiana, v.1, n.2, p.13-22, 2006.

CANALE, L.C.F.; KOBASCO, Nikolai I.; TOTTEN, George Edward. Intensive quenching Part 1 What is it? International Heat Treatment and Surface Engineering, v.1, n.1, p.30-33, 2007.

CANALE, L.C.F.; KOBASCO, Nikolai I.; TOTTEN, George Edward. Intensive quenching Part 2 Formation of optimal surface compressive stresses. International Heat Treatment and Surface Engineering Leeds, v.1, n.2, p.60-63, 2007.

KOBASKO, N.I.; TOTTEN, G.E.; CANALE, L.C.F. Intensive quenching: Improved hardness and residual stress. Jinshu Rechuli Heat Treatment of Metals, v.32, n.5, p.84-89, 2007.

42Processos e meios no convencionaisPolmero NP HEC (hidroxi etil celulose) de baixo peso molecular

ao AISI 1045 (diam 25,4 mm) temperados em soluo de polmero a 7%, 30C e velocidade de agitao mdia.

Figueira, R. L. ; Canale, L. C. F. (2007). Polmero NP ( no pegajoso) para aplicaes em tmpera por induo. Dissertao de mestrado . Programa Cincia e Eng. Materiais. 89p.soluo a base de HEC (NP). b) soluo a base de PAG.31Futuros desenvolvimentosNanofluidos Suspenso lquida diluda de nanopartculas (nanotubos de carbono) slidas com tamanhos tpicos entre 1-100 nm em lquidos tradicionais tais como gua e polmerosO que se espera: mais alta condutividade trmica e altos coeficientes de transferncia de calor, maiores do que o fluido base.43NanofluidosTipos de nanopartculas atualmente estudadas: Cermicas: Al2O3, CuO, AlN, SiN, SiC, TiC, TiO2Metlicas: Ag, Au, Cu, Fe

Al2O3TiO2Cu44NanofluidosParmetros que afetam a condutividade:

Frao em volume da partcula (concentrao)Material da partcula e tipo de fluido de baseTamanho e forma da partcula (dificuldade de avaliar)Aditivos, etc45REFERNCIASFernandes, P. (2008). Nanoquenchants for Industrial Heat Treatment. JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING AND PERFOMANCE, 17 (1): 101-103.Jagannath, V.; Prabhu, N.K.(2009). Severity of Quenching and Kinetics 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 Thermal Conductivity. (2009). CURRENT NANOSCIENCE, 5 103-122.Lofti, H.; Shafu, M.B.(2009). Boiling heat Transfer on a High Temperature Silver Sphere in Nanofluids. INTERNATIONAL JOURNAL SCIENCE OF THERMAL SCIENCES, 48, 2215-2220

Prabh

46

Aula11-Meios de Resfriamento

Documents

Transcript of Aula11-Meios de Resfriamento