Como aquecer metal. Métodos de aquecimento elétrico

O aquecimento de metais e ligas é realizado tanto para reduzir sua resistência à deformação plástica (ou seja, antes do forjamento ou laminação), quanto para alterar a estrutura cristalina, que ocorre sob a influência de altas temperaturas (tratamento térmico). Em cada um destes casos, as condições do processo de aquecimento têm um impacto significativo na qualidade do produto final.

As tarefas a resolver predeterminam as principais características do processo de aquecimento: temperatura, uniformidade e duração.

A temperatura de aquecimento é normalmente chamada de temperatura final da superfície metálica na qual ela pode ser liberada do forno de acordo com os requisitos da tecnologia. O valor da temperatura de aquecimento depende composição química(marca) da liga e a finalidade do aquecimento.

Quando aquecidas antes do tratamento sob pressão, a temperatura das peças que saem do forno deve ser bastante elevada, pois isso ajuda a reduzir a resistência à deformação plástica e leva à redução do consumo de energia para processamento, aumentando a produtividade da laminação e equipamento de forjamento, além de aumentar sua vida útil.

Porém, existe um limite superior para a temperatura de aquecimento, uma vez que é limitada pelo crescimento dos grãos, pelos fenômenos de superaquecimento e queima, bem como pela aceleração da oxidação do metal. Durante o aquecimento da maioria das ligas, ao atingir um ponto situado 30-100°C abaixo da linha solidus no seu diagrama de fases, devido à segregação e inclusões não metálicas, uma fase líquida aparece nos limites dos grãos; isso leva ao enfraquecimento da ligação mecânica entre os grãos e à intensa oxidação em seus limites; esse metal perde resistência e é destruído durante o tratamento sob pressão. Este fenômeno, denominado sobrecombustão, limita a temperatura máxima de aquecimento. O metal queimado não pode ser corrigido por nenhum tratamento térmico subsequente e só é adequado para refusão.

O superaquecimento do metal leva ao crescimento excessivo de grãos, resultando em deterioração propriedades mecânicas. Portanto, a laminação deve ser concluída a uma temperatura inferior à temperatura de superaquecimento. O metal superaquecido pode ser corrigido por recozimento ou normalização.

O limite mínimo de temperatura de aquecimento é definido com base na temperatura permitida no final do tratamento sob pressão, levando em consideração todas as perdas de calor da peça de trabalho em ambiente e a liberação de calor dentro dele devido à deformação plástica. Portanto, para cada liga e para cada tipo de conformação existe uma certa faixa de temperatura acima e abaixo da qual a peça não deve ser aquecida. Esta informação é fornecida nos livros de referência relevantes.

A questão da temperatura de aquecimento é especialmente importante para ligas tão complexas, como os aços de alta liga, que durante o tratamento sob pressão apresentam grande resistência à deformação plástica e, ao mesmo tempo, são propensos ao superaquecimento e à queima. Esses fatores determinam uma faixa mais estreita de temperaturas de aquecimento para aços de alta liga em comparação aos aços carbono.

Na tabela 21-1 fornece dados para alguns aços como uma ilustração da máxima temperatura permitida seu aquecimento antes do tratamento sob pressão e a temperatura de queima.

Durante o tratamento térmico, a temperatura de aquecimento depende apenas de requisitos tecnológicos, ou seja, sobre o tipo de tratamento térmico e seu modo, determinado pela estrutura e estrutura da liga.

Uniformidade de aquecimentoé determinado pela magnitude da diferença de temperatura entre a superfície e o centro (já que esta é geralmente a maior diferença) da peça quando ela é liberada do forno:

∆T con = T con pov - T con c. Este indicador também é muito importante, uma vez que uma diferença de temperatura muito grande na seção transversal da peça quando aquecida antes do tratamento sob pressão pode causar deformação irregular e, quando aquecida para tratamento térmico, pode levar à incompletude das transformações necessárias em toda a espessura do o metal, ou seja, em ambos os casos - defeitos nos produtos finais. Ao mesmo tempo, o processo de equalização da temperatura na seção transversal do metal requer exposição prolongada em Temperatura alta superfícies.

No entanto, o aquecimento uniforme completo do metal antes do tratamento sob pressão não é necessário, uma vez que durante o seu transporte do forno para o moinho ou prensa e laminação (forjamento), a equalização da temperatura ocorre inevitavelmente em toda a seção transversal dos lingotes e tarugos devido ao liberação de calor para o meio ambiente a partir de sua superfície e condutividade térmica para o metal. Com base nisso, a diferença de temperatura permitida através da seção transversal é geralmente tomada de acordo com dados práticos durante o aquecimento antes do tratamento sob pressão dentro dos seguintes limites: para aços de alta liga ∆ T contra= 100δ; para todos os outros tipos de aço ∆ T contra= 200δ em δ<0,1 м и ∆T contra= 300δ em δ > 0,2 m. Aqui δ é a espessura aquecida do metal.

Em todos os casos, a diferença de temperatura ao longo da espessura da peça no final do seu aquecimento antes da laminação ou forjamento não deve exceder 50 °C, e no aquecimento para tratamento térmico, 20 °C, independentemente da espessura do produto. Ao aquecer lingotes grandes, é permitido liberá-los do forno a ∆ T contra <100 °С.

Outra tarefa importante da tecnologia de aquecimento de metais é garantir uma distribuição uniforme da temperatura em toda a superfície das peças ou produtos no momento em que são descarregadas do forno. A necessidade prática deste requisito é óbvia, uma vez que com aquecimento desigual significativo sobre a superfície do metal (mesmo quando a diferença de temperatura necessária ao longo da espessura é alcançada), defeitos como perfil irregular do produto laminado acabado ou diferentes propriedades mecânicas do produto submetido a tratamento térmico são inevitáveis.

A garantia da uniformidade da temperatura na superfície do metal aquecido é alcançada através da seleção correta de um forno para aquecimento de um determinado tipo de peça ou produto e da colocação adequada de dispositivos geradores de calor no mesmo, criando o campo de temperatura necessário no espaço de trabalho de o forno, a posição relativa das peças, etc.

Duração do aquecimentoà temperatura final também é o indicador mais importante, pois disso depende a produtividade do forno e suas dimensões. Ao mesmo tempo, a duração do aquecimento até uma determinada temperatura determina a taxa de aquecimento, ou seja, a mudança na temperatura em algum ponto do corpo aquecido por unidade de tempo. Tipicamente, a taxa de aquecimento muda à medida que o processo avança e, portanto, é feita uma distinção entre a taxa de aquecimento num determinado momento e a taxa de aquecimento média durante o intervalo de tempo em consideração.

Quanto mais rápido o aquecimento for realizado (ou seja, quanto maior a taxa de aquecimento), obviamente maior será a produtividade do forno, sendo todos os outros fatores iguais. Contudo, em vários casos, a taxa de aquecimento não pode ser escolhida tão elevada quanto desejado, mesmo que as condições de transferência de calor externa permitam que isso ocorra. Isto se deve a certas restrições impostas pelas condições dos processos que acompanham o aquecimento do metal nos fornos e são discutidas a seguir.

Processos que ocorrem quando o metal é aquecido. Quando o metal é aquecido, sua entalpia muda e, como na maioria dos casos o calor é fornecido à superfície dos lingotes e peças, sua temperatura externa é superior à temperatura das camadas internas. Como resultado da expansão térmica de diferentes partes de um sólido em diferentes quantidades, surgem tensões, chamadas térmicas.

Outro grupo de fenômenos está associado a processos químicos na superfície do metal quando aquecido. A superfície metálica, que está em alta temperatura, interage com o meio ambiente (ou seja, produtos de combustão ou ar), resultando na formação de uma camada de óxidos. Se algum elemento da liga interagir com o ambiente que circunda o metal para formar uma fase gasosa, então a superfície estará esgotada desses elementos. Por exemplo, a oxidação do carbono no aço quando este é aquecido em fornos causa descarbonização superficial.

Estresse térmico

Conforme observado acima, na seção transversal de lingotes e tarugos, quando são aquecidos, ocorre uma distribuição desigual de temperatura e, portanto, diferentes partes do corpo tendem a alterar seu tamanho em diferentes graus. Como em um corpo sólido existem conexões entre todas as suas partes individuais, elas não podem ser deformadas independentemente de acordo com as temperaturas às quais são aquecidas. Como resultado, surgem tensões térmicas devido às diferenças de temperatura. As camadas externas, mais aquecidas, tendem a se expandir e, portanto, ficam comprimidas. As camadas internas mais frias estão sujeitas a forças de tração. Se essas tensões não excederem o limite elástico do metal aquecido, então, à medida que a temperatura se equaliza na seção transversal, as tensões térmicas desaparecem.

Todos os metais e ligas têm propriedades elásticas até uma determinada temperatura (por exemplo, a maioria dos tipos de aço até 450-500°C). Acima desta determinada temperatura, os metais passam para um estado plástico e as tensões térmicas que neles surgem causam deformação plástica e desaparecem. Consequentemente, as tensões de temperatura devem ser levadas em consideração ao aquecer e resfriar o aço apenas na faixa de temperatura desde a temperatura ambiente até o ponto de transição de um determinado metal ou liga de um estado elástico para um estado plástico. Tais tensões são chamadas de fugas ou temporárias.

Além dos temporários, existem tensões residuais de temperatura que aumentam o risco de destruição quando aquecidos. Estas tensões ocorrem se o lingote ou peça tiver sido previamente submetido a aquecimento e resfriamento. Ao resfriar, as camadas externas do metal (mais frias) atingem mais cedo a temperatura de transição do estado plástico para o elástico. À medida que ocorre mais resfriamento, as camadas internas ficam expostas a forças de tração, que não desaparecem devido à baixa ductilidade do metal frio. Se este lingote ou tarugo for aquecido novamente, as tensões temporárias neles decorrentes serão sobrepostas com o mesmo sinal às residuais, o que agravará o perigo de fissuras e rupturas.

Além das tensões temporárias e residuais de temperatura, as tensões causadas por mudanças estruturais no volume também surgem durante o aquecimento e resfriamento de ligas. Mas como esses fenômenos geralmente ocorrem em temperaturas que excedem o limite de transição do estado elástico para o plástico, as tensões estruturais são dissipadas devido ao estado plástico do metal.

A relação entre deformações e tensões é estabelecida pela lei de Hooke

σ= ( T av -T)

onde β é o coeficiente de expansão linear; T média- temperatura corporal média; T- temperatura em uma determinada parte do corpo; E- módulo de elasticidade (para muitos tipos de aço o valor E diminui de (18÷22) . 10 4 MPa a (14÷17) . 10 4 MPa com o aumento da temperatura da temperatura ambiente até 500 °C; σ -- tensão; v - Coeficiente de Poisson (para aço v ≈ 0,3).

De grande interesse prático é encontrar a diferença máxima de temperatura permitida na seção transversal do corpo ∆T add = T superfície - T preço. As mais perigosas neste caso são as tensões de tração, por isso devem ser levadas em consideração no cálculo da diferença de temperatura permitida. Como característica de resistência, deve-se tomar o valor da resistência à tração da liga σv.

Então, usando soluções para problemas de condução de calor (ver Capítulo 16) e impondo-lhes a expressão (21-1), para o caso de um modo regular do segundo tipo, pode-se, em particular, obter:

para chapa sem fim aquecida de maneira uniforme e simétrica

∆T adicional = 1,5 (1 - v) σ em /();

para um cilindro sem fim aquecido de maneira uniforme e simétrica

∆T adicional = 2 (1 - v) σ em /().

A diferença de temperatura permitida, encontrada pelas fórmulas (21-2) e (21-3), não depende do tamanho do corpo e de suas características termofísicas. As dimensões do corpo têm um efeito indireto no valor de ∆ T adicional, uma vez que as tensões residuais em corpos maiores são maiores.

Oxidação e descarbonização da superfície quando aquecida. A oxidação de lingotes e tarugos quando aquecidos em fornos é um fenômeno extremamente indesejável, pois resulta em perda irreversível de metal. Isto leva a danos económicos muito grandes, que se tornam especialmente óbvios se compararmos o custo das perdas de metal durante a oxidação com outros custos de processamento. Assim, por exemplo, ao aquecer lingotes de aço em poços de aquecimento, o custo do metal perdido com incrustações é geralmente maior do que o custo do combustível gasto no aquecimento desse metal e o custo da eletricidade gasta na laminação. Ao aquecer tarugos nos fornos de laminação longa, as perdas de escala são um pouco menores, mas ainda são bastante grandes e são comparáveis em custo aos custos de combustível. Como no caminho do lingote até o produto acabado o metal costuma ser aquecido diversas vezes em diferentes fornos, as perdas por oxidação são bastante significativas. Além disso, a maior dureza dos óxidos em comparação ao metal leva ao aumento do desgaste da ferramenta e aumenta a porcentagem de defeitos durante o forjamento e a laminação.

A condutividade térmica da camada de óxido formada na superfície, que é inferior à do metal, aumenta o tempo de aquecimento nos fornos, o que acarreta uma diminuição na sua produtividade, ceteris paribus, e os óxidos em ruínas formam acúmulos de escória em piso do forno, dificultando a operação e aumentando o consumo de materiais refratários.

O aparecimento de incrustações também impossibilita a medição precisa da temperatura da superfície metálica, definida pelos tecnólogos, o que dificulta o controle do regime térmico do forno.

A interação acima mencionada com o ambiente gasoso no forno de qualquer elemento de liga é de importância prática para o aço. Uma diminuição no teor de carbono causa uma diminuição na dureza e na resistência à tração. Para obter as propriedades mecânicas especificadas do produto, é necessária a remoção da camada descarbonizada (chegando a 2 mm), o que aumenta a complexidade do processamento como um todo. A descarbonização dos produtos que são posteriormente submetidos a tratamento térmico superficial é especialmente inaceitável.

Os processos de oxidação da liga como um todo e de suas impurezas individuais quando aquecidas em fornos devem ser considerados em conjunto, uma vez que estão intimamente relacionados entre si. Por exemplo, de acordo com dados experimentais, quando o aço é aquecido a uma temperatura de 1100°C e superior numa atmosfera de forno convencional, a oxidação ocorre mais rapidamente do que a descarbonetação superficial, e a incrustação resultante desempenha o papel de uma camada protetora que impede a descarbonetação. Em temperaturas mais baixas, a oxidação de muitos aços (mesmo em um ambiente fortemente oxidante) é mais lenta que a descarbonetação. Portanto, o aço aquecido a uma temperatura de 700-1000 °C pode ter uma superfície descarbonizada. Isto é especialmente perigoso, uma vez que a faixa de temperatura de 700-1000 °C é típica para tratamento térmico.

Oxidação de metais. A oxidação de ligas é o processo de interação dos gases oxidantes com seus elementos de base e de liga. Esse processo é determinado não apenas pela velocidade das reações químicas, mas também pelos padrões de formação do filme de óxido, que, à medida que cresce, isola a superfície metálica dos efeitos dos gases oxidantes. Portanto, a taxa de crescimento da camada de óxido depende não apenas do curso do processo químico de oxidação do aço, mas também das condições de movimento dos íons metálicos (das camadas metálicas e internas dos óxidos para as externas) e dos átomos de oxigênio. (da superfície para as camadas internas), ou seja, nas condições de fluxo do processo físico de difusão bidirecional.

O mecanismo de difusão da formação de óxidos de ferro, estudado detalhadamente por V.I. Arkharov, determina a estrutura de três camadas da camada de incrustações formada quando o aço é aquecido em um ambiente oxidante. A camada interna (adjacente ao metal) possui o maior teor de ferro e consiste principalmente de FeO (wustita): Fe B V 2 0 2 C| FeCX O ponto de fusão da wustita é 1317 °C. A camada intermediária - magnetita Fe 3 0 4, com ponto de fusão de 1565 ° C, é formada durante a oxidação subsequente da wustita: 3FeO Ts 1/2 0 2 ift Fe s 0 4. Esta camada contém menos ferro e é enriquecida com oxigênio em comparação com a camada interna, embora não na mesma extensão que a hematita Fe 2 0 8 mais rica em oxigênio (ponto de fusão 1538 ° C): 2Fe 3 0 4 -f V 2 0 2 - C 3Fe 2 O s. A composição de cada camada não é constante ao longo da seção transversal, mas muda gradualmente devido a impurezas de mais (mais perto da superfície) ou menos (mais perto do metal) óxidos ricos em oxigênio.

O gás oxidante quando aquecido em fornos não é apenas o oxigênio livre, mas também o oxigênio ligado, que faz parte dos produtos da combustão completa do combustível: CO 2 H 2 0 e S0 2. Esses gases, como o O 2, são chamados de oxidativos em contraste com os gases redutores: CO, H 2 e CH 4, que se formam a partir da combustão incompleta do combustível. A atmosfera na maioria dos fornos a combustível é uma mistura de N 2, C0 2, H 2 0 e S0 2 com uma pequena quantidade de oxigênio livre. A presença de grande quantidade de gases redutores no forno indica combustão incompleta e uso inaceitável de combustível. Portanto, a atmosfera dos fornos convencionais a combustível sempre tem um caráter oxidante.

A capacidade oxidante e redutora de todos os gases listados em relação ao metal depende de sua concentração na atmosfera do forno e da temperatura da superfície metálica. O agente oxidante mais forte é o O2, seguido pelo H2O, e o CO2 tem o efeito oxidante mais fraco. Aumentar a proporção de gás neutro na atmosfera do forno reduz a taxa de oxidação, que depende em grande parte do conteúdo de H 2 O e SO 2 na atmosfera do forno. A presença de quantidades muito pequenas de SO 2 nos gases do forno aumenta drasticamente a taxa de oxidação, uma vez que compostos de óxidos e sulfetos de baixo ponto de fusão são formados na superfície da liga. Quanto ao H 2 S, este composto pode estar presente em atmosfera redutora e seu efeito no metal (junto com o SO 2) leva ao aumento do teor de enxofre na camada superficial. Neste caso, a qualidade do metal deteriora-se muito e o enxofre tem um efeito particularmente prejudicial nos aços-liga, uma vez que o absorvem em maior extensão do que os aços carbono simples, e o níquel forma um eutético de baixo ponto de fusão com o enxofre.

A espessura da camada de óxidos resultante na superfície do metal depende não apenas da atmosfera em que o metal é aquecido, mas de uma série de outros fatores, que incluem principalmente a temperatura e a duração do aquecimento. Quanto maior a temperatura da superfície do metal, maior será a taxa de sua oxidação. No entanto, verificou-se que a taxa de crescimento da camada de óxido aumenta mais rapidamente após atingir uma determinada temperatura. Assim, a oxidação do aço a temperaturas até 600°C ocorre a uma taxa relativamente baixa, e a temperaturas acima de 800-900°C a taxa de crescimento da camada de óxido aumenta acentuadamente. Se considerarmos a taxa de oxidação a 900°C como uma, então a 950°C será 1,25, a 1000°C - 2, e a 1300 - 7.

O tempo que o metal permanece no forno tem uma influência muito forte na quantidade de óxidos formados. Aumentar a duração do aquecimento até uma determinada temperatura leva ao crescimento da camada de óxido, embora a taxa de oxidação diminua com o tempo devido ao espessamento do filme resultante e, conseqüentemente, à diminuição da densidade do fluxo de difusão de íons de ferro e oxigênio átomos através dele. Foi estabelecido que se a espessura da camada oxidada for δ 1 no tempo de aquecimento t 1 então na hora do aquecimento t 2 até a mesma temperatura, a espessura da camada oxidada será igual a:

δ 2 = δ1/( t 1/t 2) 1/2 .

O tempo de aquecimento do metal a uma determinada temperatura pode ser reduzido, principalmente, em decorrência do aumento da temperatura na câmara de trabalho do forno, o que leva a uma transferência de calor externa mais intensa e, assim, ajuda a reduzir a espessura do a camada oxidada.

Foi estabelecido que os fatores que influenciam a intensidade da difusão do oxigênio para a superfície do metal aquecido a partir da atmosfera do forno não têm um efeito significativo no crescimento da camada de óxido. Isto se deve ao fato de que os processos de difusão na própria superfície dura ocorrem lentamente e são decisivos. Portanto, a velocidade do movimento do gás praticamente não tem efeito na oxidação da superfície. No entanto, o padrão de movimento dos produtos de combustão como um todo pode ter um impacto perceptível, uma vez que o superaquecimento local do metal causado por um campo de temperatura irregular dos gases no forno (que pode ser causado por um ângulo de inclinação excessivamente grande do queimadores, sua colocação incorreta ao longo da altura e comprimento do forno, etc.), levam inevitavelmente à intensa oxidação local do metal.

As condições de movimentação das peças aquecidas dentro dos fornos e a composição da liga aquecida também têm um efeito notável na taxa de sua oxidação. Assim, ao movimentar o metal em um forno, pode ocorrer descascamento mecânico e separação da camada de óxido resultante, o que contribui para uma oxidação subsequente mais rápida das áreas desprotegidas.

A presença de certos elementos de liga na liga (por exemplo, para aço Cr, Ni, Al, Si, etc.) pode garantir a formação de uma película de óxidos fina, densa e bem aderente, que evita de forma confiável a oxidação subsequente. Esses aços são chamados de resistentes ao calor e apresentam boa resistência à oxidação quando aquecidos. Além disso, o aço com maior teor de carbono é menos suscetível à oxidação do que o aço com baixo teor de carbono. Isso se explica pelo fato de que no aço parte do ferro está em estado ligado ao carbono, na forma de carboneto de ferro Fe 3 C. O carbono contido no aço, quando oxidado, transforma-se em óxido de carbono, difundindo-se na superfície e evitando a oxidação do ferro.

Descarbonetação da camada superficial do aço. A descarbonetação do aço durante o aquecimento ocorre como resultado da interação dos gases com o carbono, que se apresenta na forma de solução sólida ou na forma de carboneto de ferro Fe 8 C. Reações de descarbonetação como resultado da interação de vários gases com carboneto de ferro pode proceder da seguinte forma:

Fe 3 C + H 2 O = 3Fe + CO + H2; 2Fe 3 C + O 2 = 6Fe + 2CO;

Fe 3 C + CO 2 = 3Fe + 2CO; Fe 3 C + 2H 2 = 3Fe + CH 4.

Reações semelhantes ocorrem quando esses gases interagem com o carbono em solução sólida.

A taxa de descarbonização é determinada principalmente pelo processo de difusão bidirecional, que ocorre sob a influência da diferença nas concentrações de ambos os meios. Por um lado, os gases de descarbonetação difundem-se para a camada superficial do aço e, por outro, os produtos gasosos resultantes movem-se na direção oposta. Além disso, o carbono das camadas internas do metal se move para a camada superficial descarbonizada. Tanto as constantes de velocidade das reações químicas quanto os coeficientes de difusão aumentam com o aumento da temperatura. Portanto, a profundidade da camada descarbonizada aumenta com o aumento da temperatura de aquecimento. E como a densidade do fluxo de difusão é proporcional à diferença nas concentrações dos componentes difusores, a profundidade da camada descarbonizada é maior no caso de aquecimento de aço com alto teor de carbono do que no caso de aquecimento de aço com baixo teor de carbono. Os elementos de liga contidos no aço também desempenham um papel no processo de descarbonetação. Assim, o cromo e o manganês reduzem o coeficiente de difusão do carbono, enquanto o cobalto, o alumínio e o tungstênio o aumentam, evitando ou promovendo respectivamente a descarbonização do aço. Silício, níquel e vanádio não têm efeito significativo na descarbonetação.

Os gases que compõem a atmosfera do forno e causam a descarbonização incluem H 2 0, CO 2, O 2 e H 2. O H20 tem o efeito descarbonizante mais forte no aço e o H2 o mais fraco. Neste caso, a capacidade de descarbonização do CO 2 aumenta com o aumento da temperatura, e a capacidade de descarbonização do H 2 seco diminui. O hidrogênio na presença de vapor d'água tem um efeito de descarbonetação muito forte na camada superficial do aço.

Proteção do aço contra oxidação e descarbonetação. Os efeitos nocivos da oxidação e descarbonização do metal durante o aquecimento na sua qualidade exigem a adoção de medidas para prevenir estes fenómenos. A proteção mais completa da superfície de lingotes, tarugos e peças é alcançada em fornos, onde é excluída a exposição a gases oxidantes e descarbonizantes. Estes fornos incluem banhos de sal e metal, bem como fornos onde o aquecimento é realizado em atmosfera controlada. Em fornos deste tipo, ou o metal aquecido é isolado dos gases, geralmente fechado com uma mufla especial selada, ou a própria chama é colocada dentro dos chamados tubos radiantes, cujo calor é transferido para o metal aquecido sem seu contato com gases oxidantes e descarbonizantes. O espaço de trabalho de tais fornos é preenchido com atmosferas especiais, cuja composição é selecionada dependendo da tecnologia de aquecimento e do tipo de liga. As atmosferas protetoras são preparadas separadamente em instalações especiais.

Também existe um método conhecido para criar uma atmosfera fracamente oxidante diretamente no espaço de trabalho dos fornos, sem abafar o metal ou a chama. Isto é conseguido devido à combustão incompleta do combustível (com um coeficiente de consumo de ar de 0,5-0,55). A composição dos produtos de combustão inclui CO e H a juntamente com os produtos da combustão completa de CO 2 e H 2 O. Se a proporção de CO/C02 e H 2 /H 2 O não for inferior a 1,3, então o aquecimento do metal em tal ambiente ocorre quase sem oxidação de sua superfície.

A redução da oxidação da superfície metálica ao aquecê-la em fornos a combustível de chama aberta (que constituem a maior parte da frota de fornos de plantas metalúrgicas e de construção de máquinas) também pode ser alcançada reduzindo o tempo de permanência em alta temperatura superficial . Isto é conseguido escolhendo o modo de aquecimento mais racional para o metal no forno.

Os cálculos de aquecimento de metais em fornos são realizados para determinar o campo de temperatura de um lingote, tarugo ou produto acabado, com base nas condições ditadas pela finalidade tecnológica do aquecimento. Neste caso, são tidas em consideração as restrições impostas pelos processos que ocorrem durante o aquecimento, bem como as leis do modo de aquecimento selecionado. O problema de determinar o tempo de aquecimento a uma determinada temperatura é frequentemente considerado, desde que a uniformidade necessária seja garantida ao final da sua permanência no forno (este último no caso de corpos maciços). Neste caso, as alterações na temperatura do meio de aquecimento são normalmente definidas por lei, escolhendo um modo de aquecimento em função do grau de solidez térmica do metal. Para identificar o grau de solidez térmica e para o posterior cálculo do aquecimento, a questão da espessura aquecida do lingote ou peça é muito importante.

Você já teve que cortar ou cortar algo de metal com as próprias mãos? Se sim, então você provavelmente tem alguma dúvida sobre como fazer isso. Claro, você sempre pode usar uma boa e velha serra para metal, mas e se não estivermos falando de uma chapa galvanizada fina, mas, por exemplo, de um tubo de paredes grossas?

Aqui, é claro, uma serra pode ajudar, mas uma quantidade desproporcional de tempo e esforço será gasta. Isso significa que é necessária uma abordagem mais radical, e neste artigo falaremos sobre como cortar metal e a melhor forma de fazê-lo.

Cortando metal com um moedor

Não se sabe ao certo por que este instrumento foi chamado assim. A versão principal é que o primeiro país produtor foi a Bulgária, mas na verdade esta é apenas uma versão.

Na hora de escolher como cortar metal, a maioria das pessoas dá preferência à rebarbadora, pois, ao contrário dos equipamentos a gás, seu preço é bem menor e não são necessárias habilidades específicas para trabalhar com ela.

Por outro lado, muitos têm muito medo de trabalhar com uma rebarbadora devido à sua alta potência e perigo. Na verdade não há nada complicado, o principal é seguir à risca as precauções de segurança e não descurar nem as pequenas coisas.

Ao trabalhar com metal, não pode haver ninharias e todas as ferramentas de corte de metal representam um certo perigo. As instruções de segurança no trabalho com ferramentas de corte são relevantes tanto para retificadoras grandes com potência superior a dois quilowatts, quanto para retificadoras muito pequenas, que, apesar de seu tamanho compacto, podem causar danos consideráveis à saúde.

Esta ferramenta corta metal girando um disco abrasivo, cuja espessura pode variar dependendo do metal que precisa ser cortado. Quanto mais fina for a parede do produto de aço, mais fino será o disco de corte de metal.

Não falaremos neste artigo sobre a importância das precauções de segurança. Essa é sempre uma questão prioritária, mas se você não tem experiência em trabalhar com rebarbadora, então especialmente para você daremos algumas sutilezas que você precisa conhecer para não prejudicar sua saúde.

Alguns pontos importantes

Então:

Por questões de segurança, a rotação do disco deve ocorrer no sentido do corte, ou seja, em direção à pessoa que corta o metal, mas, via de regra, esta posição não é muito conveniente, sendo muito mais fácil quando o fluxo de faíscas são direcionadas para frente. Em princípio, não há restrições significativas aqui, tudo depende da conveniência pessoal do operador da ferramenta.
Ao cortar metal, utilize apenas lâminas apropriadas. Os discos para pedra ou madeira têm densidade menor e, ao entrarem em contato com uma superfície de aço, se espalham rapidamente e os fragmentos podem danificar você ou outras pessoas.

Não opere sem uma capa protetora. Ele direciona as faíscas para o lado para que não voem para o seu rosto. Além disso, é a única salvação caso o disco morda e se quebre.
Não corte o metal longe de você. Isso torna muito mais provável que o disco morda. A direção do corte deve ser sempre voltada para o cortador.
Mantenha o instrumento nivelado. Cortar em ângulo fará com que o disco fique torto e quebrado, e fragmentos voando nessa velocidade podem causar danos significativos à saúde.

Nunca use uma lâmina de corte para limpar a superfície. Existem discos especiais para decapagem que diferem em espessura e densidade.
Alguns tipos de moedores usam apenas discos de marca própria. Isso se deve à diferença no número de rotações, portanto, se você possui uma ferramenta de marca, use discos somente desta marca.

Nunca utilize discos de tamanho diferente. Cada tamanho é projetado para uma ferramenta com um determinado número de rotações. Portanto, se você colocar um disco pequeno ou médio em um moedor grande, ele simplesmente explodirá.
Não economize dinheiro. Se aparecer uma rachadura no disco ou você não percebeu no momento da compra, jogue-o imediatamente no lixo. Rachaduras acidentais durante o corte podem acabar muito mal para você. Lembre-se, o preço de um disco não vale a sua vida e saúde.

Sempre preste muita atenção ao que está à sua frente enquanto trabalha. Faíscas que voam sob a rebarbadora podem inflamar madeira, plástico e outros materiais inflamáveis. Além disso, você não deve trabalhar com uma rebarbadora perto de gasolina ou gás.
Antes de cortar metal com uma esmerilhadeira, certifique-se de que ela esteja posicionada corretamente. Ao cortar, a parte a ser cortada deve ficar fora da vista, caso contrário o disco pode morder.

Importante! Nunca tenha medo de uma ferramenta, não importa quão perigosa ela pareça ou quão barulhenta ela faça. Sabendo cortar metal corretamente, você tem a garantia de não se machucar.

Então, descobrimos o moedor, mas esta está longe de ser a única ferramenta para cortar metal. E a seguir veremos outras opções, mas por enquanto recomendamos que você assista ao vídeo deste artigo, que fala sobre corte de metais e ferramentas de corte. Enquanto isso, seguimos em frente.

Outras ferramentas de corte de metal

Claro que você pode cortar qualquer coisa com um amolador, o principal é escolher o disco certo para isso. Mas esta opção nem sempre é a mais cómoda e prática. Aqui estão apenas alguns momentos em que cortar metal com outra ferramenta é mais apropriado.

Se o material for zincado. Devido às altas velocidades, o moedor simplesmente queima o revestimento e não resta nenhum vestígio dele.

O material pintado também é melhor cortado com uma tesoura de metal. Eles protegerão o revestimento e não o queimarão.

É mais conveniente cortar metal com uma serra se estiver sob tensão, por exemplo, se for um tubo de aquecimento fechado em um circuito de sistema.

É melhor cortar metal com espessura superior a 10 milímetros com um cortador a gás, pois um moedor pode simplesmente não conseguir lidar com isso.

Importante! Deliberadamente não diremos neste artigo como cortar metal com um cortador, pois isso requer conhecimento e experiência especiais. Nunca tente ligar a tocha de corte sozinho. Isso pode resultar em explosão ou incêndio de propano.

Esta não é uma lista completa de momentos em que é melhor evitar o uso de rebarbadora, mas todas as situações listadas são muito comuns no dia a dia. Então, o que você deve usar para trabalhar?

Vejamos as ferramentas alternativas mais populares e acessíveis para cortar metal:

Maçarico de corte. É difícil chamar esta ferramenta de acessível, mas não poderíamos ignorá-la, pois em alguns casos é a única ferramenta que dá conta da tarefa. Por exemplo, ao cortar metais grossos, a única alternativa ao cortador pode ser um laser, e tal ferramenta não está disponível para necessidades domésticas.

Serra para metal. Esta ferramenta, via de regra, está no arsenal de qualquer artesão doméstico. Cortar metal com uma serra é demorado e problemático, mas em alguns locais de difícil acesso só é possível alcançá-lo.

Tesoura de metal. Claro, você não conseguirá cortar um tubo com essa ferramenta, mas se precisar, por exemplo, arrancar um perfil para drywall, simplesmente não encontrará opção melhor. São fáceis de trabalhar e seguros e não destroem o revestimento de zinco ou a pintura.

Tesouras de imprensa. Esta ferramenta foi projetada para cortar fios ou acessórios. Dependendo do tamanho, a tesoura pode separar uma haste com diâmetro de até 20 milímetros e é muito mais conveniente de trabalhar do que uma esmerilhadeira.

Como você pode ver, a escolha é muito rica, e você deve escolher uma ferramenta dependendo da situação específica. Claro que é difícil competir com uma rebarbadora, mas nem sempre é possível utilizá-la e então opções alternativas virão em seu socorro.

E para finalizar, gostaria de lembrar mais uma vez - siga sempre as precauções de segurança e utilize equipamentos de proteção individual. Nenhum trabalho vale a pena arriscar sua saúde ou mesmo sua vida.

Se você souber endurecer o metal corretamente, mesmo em casa poderá aumentar a dureza dos produtos feitos com ele de duas a três vezes. As razões pelas quais isso é necessário podem ser muito diferentes. Tal operação tecnológica é necessária, em particular, se for necessário dotar o metal de uma dureza suficiente para permitir o corte do vidro.

Na maioria das vezes, uma ferramenta de corte precisa ser temperada, e o tratamento térmico é realizado não apenas quando sua dureza precisa ser aumentada, mas também quando essa característica precisa ser reduzida. Quando a dureza da ferramenta é muito baixa, sua parte cortante emperra durante a operação, mas se for alta, o metal se desintegrará sob a influência de cargas mecânicas.

Poucas pessoas sabem que existe uma maneira simples de verificar o quão bem uma ferramenta de aço está endurecida, não só na produção ou em casa, mas também na loja no momento da compra. Para realizar este teste, você precisará de um arquivo normal. É passado ao longo da parte cortante da ferramenta adquirida. Se estiver mal endurecida, a lima parecerá aderir à sua parte funcional e, no caso contrário, afastar-se-á facilmente da ferramenta que está sendo testada, enquanto a mão na qual a lima está localizada não sentirá nenhuma irregularidade. a superfície do produto.

Se acontecer que você tem à sua disposição uma ferramenta cuja qualidade de endurecimento não combina com você, não se preocupe. Este problema pode ser resolvido com bastante facilidade: você pode endurecer o metal até em casa, sem usar equipamentos complexos e dispositivos especiais. No entanto, você deve saber que os aços com baixo teor de carbono não podem ser endurecidos. Ao mesmo tempo, a dureza do carbono é bastante fácil de aumentar, mesmo em casa.

Nuances tecnológicas de endurecimento

O endurecimento, que é uma forma de tratamento térmico dos metais, é realizado em duas etapas. Primeiro, o metal é aquecido a alta temperatura e depois resfriado. Diferentes metais e até aços pertencentes a diferentes categorias diferem entre si em sua estrutura, portanto seus modos de tratamento térmico não coincidem.

O tratamento térmico do metal (endurecimento, revenimento, etc.) pode ser necessário para:

seu fortalecimento e aumento da dureza;
melhorando sua ductilidade, necessária no processamento por deformação plástica.

Muitas empresas especializadas endurecem o aço, mas o custo desses serviços é bastante elevado e depende do peso da peça que precisa ser tratada termicamente. Por isso é aconselhável fazer você mesmo, principalmente porque você pode fazer até em casa.

Se você decidir endurecer o metal sozinho, é muito importante realizar corretamente um procedimento como o aquecimento. Este processo não deve ser acompanhado do aparecimento de manchas pretas ou azuis na superfície do produto. O fato de o aquecimento estar ocorrendo corretamente é indicado pela cor vermelha brilhante do metal. Este vídeo demonstra bem esse processo, o que o ajudará a ter uma ideia do grau de aquecimento do metal submetido ao tratamento térmico.

Como fonte de calor para aquecer um produto metálico que precisa ser endurecido até a temperatura desejada, você pode usar:

um forno especial movido a eletricidade;
maçarico;
uma lareira que você pode acender no quintal da sua casa ou na sua casa de campo.

A escolha da fonte de calor depende da temperatura à qual o metal a ser tratado termicamente deve ser aquecido.

A escolha do método de resfriamento depende não só do material, mas também dos resultados a serem alcançados. Se, por exemplo, não for necessário endurecer todo o produto, mas apenas uma parte separada dele, o resfriamento também é feito pontualmente, para o qual pode ser utilizado um jato de água fria.

O esquema tecnológico pelo qual o metal é endurecido pode incluir resfriamento instantâneo, gradual ou em vários estágios.

O resfriamento rápido, que utiliza um tipo de refrigerante, é ideal para endurecer aços classificados como carbono ou liga. Para realizar esse resfriamento, é necessário um recipiente, que pode ser um balde, um barril ou até mesmo uma banheira comum (tudo depende do tamanho do item que está sendo processado).

No caso de outras categorias ou se, além do endurecimento, for necessária a têmpera, é utilizado um esquema de resfriamento em dois estágios. Com este esquema, um produto aquecido até a temperatura desejada é primeiro resfriado com água e depois colocado em óleo mineral ou sintético, onde ocorre posterior resfriamento. Sob nenhuma circunstância um meio de resfriamento à base de óleo deve ser usado diretamente, pois o óleo pode pegar fogo.

Para selecionar corretamente os modos de endurecimento de vários tipos de aço, você deve se concentrar em tabelas especiais.

Como endurecer o aço em fogo aberto

Como mencionado acima, você pode endurecer o aço em casa, usando uma lareira para aquecimento. Naturalmente, tal processo deve começar com o início de um incêndio, no qual devem se formar muitas brasas. Você também precisará de dois contêineres. Você precisa colocar óleo mineral ou sintético em um deles e água fria comum no outro.

Para retirar o ferro quente do fogo, você precisará de uma pinça de ferreiro, que pode ser substituída por qualquer outra ferramenta de finalidade semelhante. Depois de concluído todo o trabalho preparatório e de se formar uma quantidade suficiente de brasas no fogo, podem ser colocados sobre eles objetos que precisam ser endurecidos.

A cor dos carvões formados pode ser usada para avaliar a temperatura de seu aquecimento. Assim, os carvões cuja superfície apresenta uma cor branca brilhante são mais quentes. Também é importante monitorar a cor da chama do fogo, que indica o regime de temperatura no seu interior. É melhor que a chama do fogo seja vermelha em vez de branca. Neste último caso, indicando que a temperatura da chama está muito alta, existe o risco não só de superaquecimento, mas até de queima do metal que precisa ser endurecido.

A cor do metal aquecido também deve ser monitorada cuidadosamente. Em particular, não deve ser permitido o aparecimento de pontos pretos nas arestas de corte da ferramenta que está sendo processada. A descoloração azul do metal indica que ele amoleceu muito e se tornou muito flexível. Não pode ser levado a tal estado.

Depois que o produto tiver sido calcinado no grau desejado, você poderá prosseguir para a próxima etapa - resfriamento. Em primeiro lugar, ele é colocado em um recipiente com óleo, e isso é feito com freqüência (a cada 3 segundos) e da forma mais brusca possível. Gradualmente os intervalos entre esses mergulhos aumentam. Assim que o aço quente perder o brilho, você pode começar a resfriá-lo em água.

Ao resfriar metais com água, em cuja superfície permanecem gotículas de óleo quente, deve-se ter cuidado, pois elas podem pegar fogo. Após cada mergulho, a água deve ser agitada para garantir que permaneça sempre fria. Um vídeo de treinamento o ajudará a ter uma ideia mais clara das regras para realizar tal operação.

Existem certas sutilezas no resfriamento de brocas endurecíveis. Portanto, eles não podem ser baixados em um recipiente com refrigerante. Se você fizer isso, a parte inferior da broca ou qualquer outro objeto de metal de formato alongado esfriará primeiro, o que levará à sua compressão. É por isso que é necessário mergulhar esses produtos no refrigerante pela extremidade mais larga.

Para o tratamento térmico de tipos especiais de aço e fundição de metais não ferrosos, as capacidades de um fogo aberto não são suficientes, uma vez que não será capaz de aquecer o metal a uma temperatura de 700–9000. Para tanto, é necessária a utilização de fornos especiais, que podem ser mufla ou elétricos. Se for muito difícil e caro fazer um forno elétrico em casa, então com equipamento de aquecimento tipo mufla isso é bastante viável.

Autoprodução de câmara para endurecimento de metal

Uma mufla, que é perfeitamente possível fazer em casa, permite endurecer vários tipos de aço. O principal componente necessário para a fabricação deste dispositivo de aquecimento é a argila refratária. A camada dessa argila que vai cobrir o interior do forno não deve ultrapassar 1 cm.

Diagrama de uma câmara para endurecimento de metal: 1 - fio de nicromo; 2 - parte interna da câmara; 3 — parte externa da câmara; 4 - parede traseira com cabos em espiral

Para dar ao futuro forno a configuração e as dimensões desejadas, é preferível fazer um molde de papelão impregnado de parafina, sobre o qual será aplicada argila ignífuga. A argila, misturada com água até formar uma massa espessa e homogênea, é aplicada no avesso da forma de papelão, da qual se desprenderá após a secagem completa. Os produtos metálicos aquecidos em tal dispositivo são colocados nele através de uma porta especial, que também é feita de argila refratária.

Após a secagem ao ar livre, a câmara e a porta do dispositivo são adicionalmente secas a uma temperatura de 100°. Depois disso, são queimados em um forno, cuja temperatura na câmara é gradualmente elevada até 900°. Depois de esfriarem após a queima, devem ser cuidadosamente conectados entre si com ferramentas de metalurgia e lixa.

O fio de nicromo é enrolado na superfície da câmara totalmente formada, cujo diâmetro deve ser de 0,75 mm. A primeira e a última camadas desse enrolamento devem ser torcidas juntas. Ao enrolar o fio na câmera, deve-se deixar uma certa distância entre suas voltas, que também precisa ser preenchida com argila à prova de fogo para eliminar a possibilidade de curto-circuito. Após a secagem da camada de argila aplicada para isolar as espiras do fio de nicromo, outra camada de argila é aplicada na superfície da câmara, cuja espessura deve ser de aproximadamente 12 cm.

Após a secagem completa, a câmera acabada é colocada em uma caixa de metal e os espaços entre elas são preenchidos com lascas de amianto. Para dar acesso à câmara interna, portas revestidas com ladrilhos cerâmicos no interior são penduradas no corpo metálico do forno. Todas as lacunas existentes entre os elementos estruturais são vedadas com argila refratária e lascas de amianto.

As extremidades do enrolamento de nicromo da câmera, ao qual deve ser fornecida energia elétrica, são destacadas pela parte traseira de sua estrutura metálica. Para controlar os processos que ocorrem no interior da mufla, bem como medir a temperatura da mesma por meio de um termopar, devem ser feitos dois furos em sua parte frontal, cujos diâmetros devem ser de 1 e 2 cm, respectivamente. Na parte frontal da moldura, esses furos serão fechados com cortinas de aço especiais. O design caseiro, cuja fabricação é descrita acima, permite endurecer em casa ferramentas de metalurgia e corte, elementos de trabalho de equipamentos de estampagem, etc.

O processo de endurecimento do aço permite aumentar a dureza do produto em cerca de 3-4 vezes. Muitos fabricantes realizam um processo semelhante no momento da produção, mas em alguns casos deve ser repetido porque a dureza do aço ou outra liga é baixa. É por isso que muitas pessoas se perguntam como endurecer o metal em casa?

Metodologia

Para realizar o trabalho de endurecimento do aço, é necessário levar em consideração como tal processo é realizado corretamente. O endurecimento é um processo de aumento da dureza da superfície de um ferro ou liga, que envolve aquecer uma amostra a uma alta temperatura e depois resfriá-la. Apesar de à primeira vista o processo em questão ser simples, diferentes grupos de metais diferem em sua estrutura e características únicas.

O tratamento térmico em casa justifica-se nos seguintes casos:

Se necessário, reforce o material, por exemplo, na aresta de corte. Um exemplo é o endurecimento de cinzéis e cinzéis.
Se for necessário aumentar a plasticidade de um objeto. Isto é frequentemente necessário no caso de forjamento a quente.

O endurecimento profissional do aço é um processo caro. O custo de 1 kg de dureza superficial crescente custa aproximadamente 200 rublos. É possível organizar o endurecimento do aço em casa apenas levando em consideração todas as características do aumento da dureza superficial.

Recursos do processo

O aço pode ser endurecido levando em consideração os seguintes pontos:

O aquecimento deve ocorrer uniformemente. Só neste caso a estrutura do material é homogênea.
O aço deve ser aquecido sem a formação de manchas pretas ou azuis, o que indica forte superaquecimento da superfície.
A amostra não pode ser aquecida a um estado extremo, pois as alterações na estrutura serão irreversíveis.
A cor vermelha brilhante do metal indica que o aço foi aquecido corretamente.
O resfriamento também deve ser feito de maneira uniforme, para isso é utilizado banho-maria.

Equipamentos e características do processo

Equipamento especial é frequentemente usado para aquecer a superfície. Isto se deve ao fato de que é bastante difícil aquecer o aço até o ponto de fusão. Os seguintes equipamentos são frequentemente usados em casa:

forno elétrico;
maçarico;
forno térmico;
um grande fogo cercado para redirecionar o calor.

Na escolha da fonte de calor deve-se levar em consideração que a peça deve ser totalmente colocada no forno ou fogo onde é feito o aquecimento. Também será correto selecionar o equipamento com base no tipo de metal que será processado. Quanto maior a resistência da estrutura, mais a liga é aquecida para conferir plasticidade.

Nos casos em que apenas parte da peça precisa ser temperada, utiliza-se o endurecimento por jato. Prevê que um jato de água fria atinja apenas uma determinada parte da peça.

Um banho-maria, um barril ou um balde são frequentemente usados para resfriar o aço. É importante levar em consideração que em alguns casos o resfriamento é gradual, em outros é rápido e abrupto.

Maior dureza em fogo aberto

Na vida cotidiana, o endurecimento é frequentemente realizado em fogo aberto. Este método é adequado apenas para um processo único de aumento da dureza superficial.

Todo o trabalho pode ser dividido em várias etapas:

Primeiro você precisa fazer uma fogueira;
na hora de acender o fogo são preparados dois recipientes grandes que corresponderão ao tamanho da peça;
Para que o fogo produza mais calor, é necessário fornecer uma grande quantidade de carvão. dão muito calor por muito tempo;
um recipiente deve conter água e o outro óleo de motor;
ferramentas especiais devem ser usadas para segurar a parte quente que está sendo processada. No vídeo você pode ver frequentemente alicates de ferreiro, que são os mais eficazes;
Depois de preparar as ferramentas necessárias, você deve colocar o objeto bem no centro da chama. neste caso, a peça pode ser enterrada nas profundezas das brasas, o que garantirá o aquecimento do metal até o estado fusível;
carvões de cor branca brilhante são mais quentes que outros. O processo de fundição do metal deve ser monitorado de perto. a chama deve ser vermelha, mas não branca. se o fogo for branco, existe a possibilidade de superaquecimento do metal. neste caso, o desempenho deteriora-se significativamente e a vida útil é reduzida;
a cor correta, uniforme em toda a superfície, determina o aquecimento uniforme do metal;
se ocorrer escurecimento para a cor azul, isso indica um forte amolecimento do metal, ou seja, torna-se excessivamente plástico. isso não deveria ser permitido, uma vez que a estrutura está significativamente perturbada;
quando o metal estiver completamente aquecido, deve ser retirado da fonte de alta temperatura;
após isso, o metal quente deve ser colocado em um recipiente com óleo com frequência de 3 segundos;
A etapa final pode ser chamada de imersão da peça em água. Neste caso, a água é agitada periodicamente. Isso se deve ao fato da água aquecer rapidamente ao redor do produto.

Ao realizar o trabalho, deve-se ter cuidado, pois o óleo quente pode causar danos à pele. No vídeo você pode prestar atenção na cor que a superfície deve ter quando o grau de plasticidade desejado for alcançado. Mas para endurecer metais não ferrosos, muitas vezes é necessário estar exposto a temperaturas na faixa de 700 a 900 graus Celsius. É praticamente impossível aquecer ligas não ferrosas em fogo aberto, pois é impossível atingir tal temperatura sem equipamento especial. Um exemplo é a utilização de um forno elétrico, capaz de aquecer a superfície até 800 graus Celsius.

O tratamento térmico de metais é uma das principais formas de melhorar suas características mecânicas e físico-químicas: dureza, resistência e outras.

Um tipo de tratamento térmico é o endurecimento. Tem sido utilizado com sucesso pelo homem de forma artesanal desde os tempos antigos. Na Idade Média, esse método de tratamento térmico era utilizado para melhorar a resistência e a dureza de utensílios domésticos metálicos: machados, foices, serras, facas, além de armas militares em forma de lanças, sabres e outros.

E agora eles usam esse método para melhorar as características do metal, não só em escala industrial, mas também em casa, principalmente para endurecer utensílios domésticos de metal.

O endurecimento é entendido como um tipo de tratamento térmico de um metal, que consiste em aquecê-lo a uma temperatura, ao atingir a qual ocorre uma alteração na estrutura da rede cristalina (transformação polimórfica) e posterior resfriamento acelerado em água ou meio oleoso. O objetivo deste tratamento térmico é aumentar a dureza do metal.

Também é utilizado o endurecimento, no qual a temperatura de aquecimento do metal impede que ocorra uma transformação polimórfica. Nesse caso, é registrado seu estado, característico do metal na temperatura de aquecimento. Este estado é chamado de solução sólida supersaturada.

A tecnologia de endurecimento por transformação polimórfica é usada principalmente para produtos feitos de ligas de aço. Os metais não ferrosos são submetidos ao endurecimento sem atingir uma alteração polimórfica.

Após esse tratamento, as ligas de aço tornam-se mais duras, mas ao mesmo tempo tornam-se mais frágeis, perdendo a ductilidade.

Para reduzir a fragilidade indesejada após o aquecimento com mudança polimórfica, é utilizado um tratamento térmico denominado têmpera. É realizado a uma temperatura mais baixa com resfriamento gradual do metal. Desta forma, a tensão do metal é aliviada após o processo de endurecimento e sua fragilidade é reduzida.

Ao endurecer sem transformação polimórfica, não há problema de fragilidade excessiva, mas a dureza da liga não atinge o valor requerido, portanto, durante o tratamento térmico repetido, denominado envelhecimento, é, ao contrário, aumentada devido à decomposição de a solução sólida supersaturada.

Características de endurecimento de aço

Principalmente os produtos de aço inoxidável e as ligas destinadas à sua fabricação são endurecidos. Possuem estrutura martensítica e são caracterizados pelo aumento da dureza, levando à fragilidade dos produtos.

Se você tratar esses produtos por meio de aquecimento a uma determinada temperatura seguido de revenido rápido, poderá obter um aumento na viscosidade. Isso permitirá o uso de tais produtos em diversos campos.

Tipos de endurecimento de aço

Dependendo da finalidade dos produtos de aço inoxidável, é possível endurecer toda a peça ou apenas aquela parte que deve ser funcional e ter características de resistência aumentadas.

Portanto, o endurecimento de produtos de aço inoxidável é dividido em dois métodos: global e local.

Meio de resfriamento

Alcançar as propriedades exigidas dos materiais inoxidáveis depende em grande parte da escolha do método de resfriamento.

Diferentes tipos de aço inoxidável sofrem resfriamento de maneira diferente. Se os aços de baixa liga são resfriados em água ou em suas soluções, então, para ligas inoxidáveis, soluções de óleo são usadas para esses fins.

Importante: Ao escolher um meio para resfriar o metal após o aquecimento, deve-se levar em consideração que o resfriamento ocorre mais rápido na água do que no óleo! Por exemplo, a água a uma temperatura de 18°C pode resfriar uma liga em 600°C em um segundo, mas o óleo em apenas 150°C.

Para obter alta dureza do metal, o resfriamento é realizado em água fria corrente. Além disso, para aumentar o efeito de endurecimento, uma solução de salmoura é preparada para resfriamento adicionando cerca de 10% de sal de cozinha à água, ou é usado um meio ácido contendo pelo menos 10% de ácido (geralmente sulfúrico).

Além da escolha do meio de resfriamento, o modo e a velocidade de resfriamento também são importantes. A taxa de diminuição da temperatura deve ser de pelo menos 150°C por segundo. Assim, em 3 segundos a temperatura da liga deverá cair para 300°C. Uma nova diminuição da temperatura pode ser realizada a qualquer velocidade, uma vez que a estrutura fixada pelo resfriamento rápido não será mais destruída em baixas temperaturas.

Importante: Resfriar o metal muito rapidamente leva à sua fragilidade excessiva! Isso deve ser levado em consideração ao se endurecer.

Os seguintes métodos de resfriamento são diferenciados:

Utilizando um meio, quando o produto é colocado em um líquido e aí mantido até esfriar completamente.
Resfriamento em dois meios líquidos: óleo e água (ou solução salina) para aços inoxidáveis. Os produtos feitos de aço carbono são resfriados primeiro em água, por ser um meio de resfriamento rápido, e depois em óleo.
Utilizando o método de jato, quando a peça é resfriada por um jato de água. Isso é muito conveniente quando você precisa endurecer uma área específica do produto.
Usando o método de resfriamento escalonado em conformidade com as condições de temperatura.

Temperatura

O regime correto de temperatura para o endurecimento de produtos de aço inoxidável é uma condição importante para sua qualidade. Para obter boas características, eles são aquecidos uniformemente a 750-850°C e depois resfriados rapidamente a uma temperatura de 400-450°C.

Importante: O aquecimento do metal acima do ponto de recristalização leva a uma estrutura de granulação grossa, o que piora suas propriedades: fragilidade excessiva, levando a fissuras!

Para aliviar o estresse após o aquecimento do metal até a temperatura de endurecimento desejada, às vezes é usado o resfriamento passo a passo dos produtos, diminuindo gradualmente a temperatura em cada estágio de aquecimento. Esta tecnologia permite remover completamente as tensões internas e obter um produto durável e com a dureza necessária.

Como endurecer metal em casa

Usando conhecimentos básicos, você pode endurecer o aço em casa. O aquecimento do metal geralmente é realizado por meio de fogo, muflas elétricas ou queimadores a gás.

Endurecendo um machado na fogueira e no forno

Se você precisar dar resistência adicional às ferramentas domésticas, por exemplo, para tornar um machado mais durável, a maneira mais fácil de endurecê-lo pode ser feita em casa.

Durante a fabricação, os eixos são marcados com uma marca pela qual é possível identificar o tipo de aço. Veremos o processo de endurecimento usando o aço ferramenta U7 como exemplo.

A tecnologia deve ser realizada obedecendo às seguintes regras:

1. Recozimento. Antes do processamento, corte o fio afiado da lâmina e coloque o machado em um forno de tijolos para aquecer. O procedimento de tratamento térmico deve ser monitorado cuidadosamente para evitar superaquecimento (o aquecimento permitido é de 720-780°C). Os artesãos mais avançados reconhecem a temperatura pela cor do calor.

E os iniciantes podem descobrir a temperatura usando um ímã. Se o ímã parar de aderir ao metal, significa que o machado aqueceu acima de 768°C (cor vermelho-bordô) e é hora de esfriar.

Use um atiçador para mover o machado quente até a porta do forno, retire o calor mais fundo, feche a porta e a válvula, deixe o metal aquecido no forno por 10 horas. Deixe o machado esfriar gradativamente junto com o fogão.

2. Endurecimento de aço. Aqueça o machado no fogo, fogão ou fogão até ficar vermelho escuro - temperatura 800-830°C (o ímã parou de magnetizar, espere mais 2-3 minutos).

A têmpera é realizada em água aquecida (30°C) e óleo. Abaixe a lâmina do machado na água 3-4 cm, movendo-a vigorosamente.

3. Liberação da lâmina do machado. O revenido reduz a fragilidade do aço e alivia o estresse interno. Lixe o metal com uma lixa para distinguir melhor as cores da tinta.

Leve o machado ao forno durante 1 hora a uma temperatura de 270-320°C. Depois de repousar, retire e deixe esfriar ao ar.

Vídeo: tratamento térmico de um machado em casa, três etapas: recozimento, endurecimento, revenido.

Endurecendo a faca

É aconselhável usar fornos para endurecer você mesmo os metais. Para utensílios domésticos na forma de facas, machados e outros, os pequenos fornos mufla são mais adequados. Neles você pode atingir uma temperatura de endurecimento muito mais alta do que no fogo e é mais fácil conseguir um aquecimento uniforme do metal.

Você mesmo pode fazer esse fogão. Você pode encontrar muitas opções de design simples na Internet. Nesses fornos você pode aquecer um produto metálico a 700-900°C.

Vejamos como endurecer uma faca de aço inoxidável em casa usando uma mufla elétrica. Para o resfriamento, em vez de água ou óleo, utiliza-se lacre derretido (pode ser obtido em uma unidade militar).