“O endurecimento por indução é um tratamento não físico, a menos que utilize corrente elétrica para tratamento rápido. Aumenta a resistência e a dureza do metal.”
Chapa metálica endurecida por indução é um processo de tratamento térmico de metal no qual peças metálicas com teor de carbono suficiente são aquecidas por indução eletromagnética e temperadas rapidamente. Esta técnica é aplicada principalmente a diferentes tipos de aço e ligas de aço, a fim de melhorar características mecânicas como dureza superficial, resistência cíclica e resistência ao desgaste em determinadas zonas. Alguns usos são em trens de força, suspensão, motores e peças de estampagem.
Os tratamentos térmicos por indução são processos relativamente rápidos e precisos de endurecimento de superfícies em peças, em comparação com processos convencionais de tratamento térmico. Aqui, daremos um guia passo a passo sobre o tratamento térmico por indução, seus benefícios, desvantagens, usos e contraste com endurecimento de capa. Então, vamos dar uma olhada mais de perto.
O que é endurecimento por indução?
Endurecimento por indução
É um método de aquecimento sem contato que utiliza indução eletromagnética para produzir calor na camada superficial de uma peça metálica. O metal é colocado em um campo magnético forte e variável, e uma corrente elétrica é gerada no metal, causando calor. O metal é geralmente aquecido a uma temperatura na faixa de transformação ou superior e depois resfriado rapidamente.
O processo de têmpera é realizado com água, óleo ou ar. Este rápido resfriamento leva a uma transformação martensítica no metal, o que aumenta sua dureza e fragilidade. É adequado para o endurecimento superficial de uma peça ou montagem onde apenas uma determinada área da peça requer endurecimento sem alterar as propriedades da peça. Isto o torna particularmente apropriado para componentes que necessitam de alta resistência ao desgaste superficial, embora possam não necessitar de outras propriedades mecânicas. Em geral, aços carbono e ligas com teor de carbono entre 0.40% e 0% são mais adequados para tratamentos térmicos de metais. O endurecimento por indução tem as seguintes vantagens sobre outros métodos de endurecimento. É mais fácil de controlar, pois é um processo elétrico em oposição a um processo de combustão. Além disso, aquece apenas a camada externa do metal e não as camadas internas do metal. Isto permite ter um controle muito bom e levará a um endurecimento muito bom da superfície. A profundidade da camada endurecida também pode ser facilmente controlada.
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2 etapas no processo de endurecimento por indução
Normalmente, consiste em dois estágios principais: aquecimento por indução e têmpera. O primeiro processo é o uso de indução eletromagnética para aquecer metais eletricamente condutores, e o segundo processo é a têmpera para alterar as características da superfície do material.
Etapa 1: Aquecimento por indução
Nesta etapa, o material endurecido por indução é geralmente inserido em uma bobina de cobre resfriada a água e submetido a um campo magnético alternado. Este campo é produzido por um eletroímã e um oscilador eletrônico. O oscilador passa a corrente alternada pelo eletroímã e como resultado, o campo magnético que passa pelo material também fica alternado. Este processo cria correntes elétricas circulares conhecidas como correntes parasitas que aquecem o metal na bobina até sua temperatura de transformação. O endurecimento por indução é um tipo de endurecimento superficial e pode atingir no máximo 8 mm de profundidade. A profundidade de penetração depende da frequência dos campos magnéticos alternados; quanto maior a frequência, mais profunda é a penetração das correntes.
Estágio 2: Têmpera
Depois que o metal é endurecido por indução até a temperatura necessária por indução, ele deve ser resfriado rapidamente ou temperado. Isso geralmente é feito submergindo a peça em um banho de óleo ou água, embora às vezes possa ser usado ar frio. O revenimento garante que a camada externa do material fique mais dura e que o calor não penetre nas camadas internas do material, causando transformações de fase indesejadas. O rápido resfriamento resulta na formação da estrutura martensítica ou ferrítico-martensítica na camada superficial. Essas estruturas apresentam maior resistência à tração e menor tensão de escoamento inicial em comparação com as estruturas de ferrita pura. Além disso, a têmpera diminui o tamanho do grão, o que é importante para aumentar a dureza do material.
Escolha de material para endurecimento por indução
O endurecimento por indução é usado em aço de médio a alto carbono, aço-liga, ferro fundido e materiais metalúrgicos em pó. Existem também alguns aços inoxidáveis que podem ser utilizados em diferentes setores de produção.
Aços de médio a alto carbono
É uma técnica ideal para aços de médio a alto carbono porque o teor de carbono é suficiente para a transformação martensítica necessária para a dureza. Tais aços normalmente contêm carbono acima de 0.40%, e o nível de dureza do material varia entre 56 e 65 HRC. No entanto, aços com baixo teor de carbono, como o 8620, também podem ser usados, mas com uma dureza inferior de cerca de 40-45 HRC. Aços de baixo carbono como 1008, 1010, 12L14 e 1117 não são usados porque não apresentam muito aumento na dureza.
Aços de liga
Isso ocorre porque os aços-liga possuem elementos adicionais que os tornam mais adequados para tratamentos térmicos por indução do que os aços carbono simples. Destes, o aço 1045 é o mais utilizado porque pode ser facilmente usinado, barato e pode ser temperado para atingir uma dureza de 58 HRC e superior com um teor de carbono de 0.45%. Além disso, o aço 1045 tem menos chance de rachar durante o processo de endurecimento em comparação com outros materiais. Alguns outros aços-liga usados com frequência são 1141/1144, 4140, 4340 e ETD150.
Ferros fundidos
Outro grupo de materiais comumente usados no processo de tratamento por indução inclui ferros fundidos. Eles são selecionados com base na sua capacidade de fornecer alta dureza e resistência ao desgaste na superfície, mas são mais dúcteis no centro.
Metais em Pó
Os metais em pó também podem ser endurecidos por indução, o que proporciona um método mais flexível para a produção de peças com geometrias complexas e características mecânicas adequadas ao seu uso.
Aços Inoxidáveis
Em algumas indústrias, certos tipos de aço inoxidável são usados no endurecimento por indução. Embora não sejam amplamente utilizados em comparação com aços carbono e ligas, esses materiais podem ser melhorados através do processo para melhorar a dureza superficial e o desgaste.
A escolha dos materiais para endurecimento por indução é determinada pelo teor de carbono e outros elementos de liga que afetam a temperabilidade do material e a dureza necessária após o tratamento.
Benefícios do endurecimento por indução
O endurecimento por indução tem várias vantagens, mas, ao mesmo tempo, também apresenta algumas desvantagens. Sua grande vantagem é ser altamente eficiente e rápido, ideal para organizações com grandes linhas de produção. Além disso, consome menos tempo em comparação com outros processos de tratamento térmico, como endurecimento ou nitretação. Além disso, é econômico, pois não requer materiais extras como banhos de sal ou tanques de gás e proporciona um acabamento uniforme em toda a peça.
Outra vantagem é a flexibilidade da dureza das peças após o processo de têmpera por indução através de revenido. Também aumenta a dureza, durabilidade e capacidade do metal de resistir ao desgaste, sendo portanto adequado para peças sob pressão ou fricção. Além disso, aumenta o limite de resistência, diminuindo assim as chances de falha sob cargas cíclicas.
No entanto, existem algumas limitações do endurecimento por indução. É utilizado principalmente para materiais ferrosos, o que restringe seu uso com outros materiais. Também existe o risco de empenamento ou distorção das peças se não forem manuseadas adequadamente ou se não forem resfriadas adequadamente durante o processo. Comparado a outros métodos, o custo de aquisição e manutenção do equipamento de endurecimento pode não ser muito elevado, mas ainda assim é um custo.
Além disso, devido às altas taxas de aquecimento e resfriamento durante a indução, às vezes podem aparecer rachaduras de endurecimento na superfície da peça de trabalho. Portanto, os parâmetros do processo devem ser bem controlados. Os operadores também precisam de treinamento e habilidades para garantir o manuseio e controle adequados do início ao fim do processo. No entanto, as vantagens geralmente superam as desvantagens e, portanto, o método é amplamente utilizado em diversos processos de fabricação.
Desvantagens do endurecimento por indução
No entanto, existem algumas desvantagens do tratamento térmico por indução que devem ser consideradas antes de optar por este método. A principal limitação é que só pode ser utilizado em materiais ferrosos como ferro e aço. Essa limitação se deve ao fato de utilizar um campo magnético para produzir calor, e apenas metais ferrosos são influenciados pelos campos magnéticos. O endurecimento por indução não é possível para materiais não magnéticos, como alumínio e cobre, que são classificados como metais não ferrosos.
Outra desvantagem é que o processo tem um custo operacional elevado em comparação com os outros métodos de endurecimento. Embora seja mais barato em termos de material e mão de obra em comparação com algumas das técnicas de tratamento térmico, o maquinário utilizado no processo aumenta o custo. Além disso, a utilização de electricidade em vez de tipos de combustível convencionais pode resultar em elevados custos operacionais a longo prazo devido às taxas cobradas pelo consumo de energia.
O endurecimento por indução também tem suas limitações. O tamanho e o formato da bobina de indução devem corresponder à peça a ser aquecida. Geralmente são obtidas bobinas padrão para tratar objetos redondos, como eixos e rolos, mas para alguns trabalhos podem ser necessárias bobinas especiais, aumentando assim a dificuldade e o custo.
Além disso, a exigência de equipamento é uma restrição porque nem todos os fornecedores de tratamento térmico podem ter acesso ou oferecer equipamentos de têmpera por indução. O custo deste equipamento pode ser inicialmente elevado e os operadores podem necessitar de algum treinamento para utilizar o equipamento adequadamente.
Além disso, normalmente é adequado para materiais mais finos porque implica o aquecimento da superfície dos materiais. Materiais mais espessos podem não aquecer uniformemente, o que pode causar problemas como dureza irregular ou até mesmo rachaduras. Estas limitações apontam para o facto de existir a necessidade de considerar e avaliar se o processo é aplicável a um determinado processo ou não.
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Endurecimento por indução vs. Endurecimento de caixa: diferença fundamental
O endurecimento por indução e o endurecimento superficial são dois processos de tratamento térmico idênticos usados nas indústrias atualmente. Ambos os processos visam endurecer a camada externa das peças; no entanto, os dois processos não são iguais. Aqui está uma visão mais detalhada de suas distinções:
Endurecimento de capa
Manuseio de Peças
Uma das principais distinções pode ser observada na forma como abordam as peças. O endurecimento da caixa é feito em várias peças de uma só vez; no endurecimento por indução, as peças são feitas uma de cada vez. Isso leva a uma abordagem “lote por lote” para o endurecimento da camada e a uma abordagem mais precisa e orientada à peça para o endurecimento por indução.
Integração de Manufatura
O endurecimento da caixa normalmente envolve outras atividades organizacionais para mover peças entre a linha de produção e o processo de endurecimento. Por outro lado, o endurecimento por indução pode ser facilmente incorporado na própria linha de produção, que utiliza uma máquina de endurecimento como parte da linha de produção.
Técnicas de Processamento
O endurecimento da camada utiliza calor e química para iniciar uma reação termoquímica, enquanto os tratamentos de indução utilizam energia eletromagnética para induzir parcialmente uma corrente alternada, aquecendo apenas a superfície. Este é um processo de aquecimento sem contato induzido eletromagneticamente e direcionado à superfície da peça de trabalho.
Aplicações
O endurecimento por indução é adequado para aplicações onde há necessidade de endurecer áreas específicas de um componente, por exemplo, virabrequins e dentes de engrenagens. Por outro lado, o endurecimento é mais apropriado para peças grandes que precisam ser tratadas termicamente em lotes e onde formas complexas não são tão importantes para o processo de endurecimento.
Endurecimento por chama vs. endurecimento por indução: principais diferenças?
O endurecimento por chama e o endurecimento por indução são dois métodos diferentes de endurecimento superficial usados em procedimentos de usinagem. O endurecimento por chama é o processo de aquecimento da superfície de uma peça com chama de oxi-acetileno e extinção com água fria. Este método é amplamente utilizado para peças grandes, como dentes de engrenagens, tambores de freio, eixos, cames e virabrequins. Por outro lado, o aquecimento por indução envolve o uso de um campo eletromagnético para aquecer a superfície da peça de trabalho através de uma bobina através de uma corrente de alta frequência. Geralmente é usado em componentes pequenos, como engrenagens, virabrequins e árvores de cames, devido às características de aquecimento localizadas.
Endurecimento por chama
Outra diferença significativa é que os processos de tratamento desses métodos são diferentes. O endurecimento por chama, por outro lado, faz com que a peça tenha uma dureza uniforme em toda a superfície, enquanto o endurecimento por indução endurece apenas algumas áreas da peça. Essa diferença o torna uma melhor escolha onde apenas algumas regiões do material precisam ser endurecidas, proporcionando melhor controle do processo.
Além disso, o processo de aplicação do endurecimento por chama envolve o uso de chama e mão de obra qualificada, uma vez que existe a possibilidade de danificar a peça. Porém, no caso do endurecimento por indução, operadores não qualificados podem fazê-lo, pois não agride o material, o que o torna adequado para processos de fabricação.
Portanto, o endurecimento por chama e o endurecimento por indução têm suas vantagens e desvantagens, e a escolha entre os dois depende do tamanho da peça, da área a ser endurecida, da uniformidade e do nível de habilidade da mão de obra. Ambos os métodos têm suas vantagens e desvantagens que devem ser levadas em consideração dependendo das necessidades de uma empresa fabricante.
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Conclusão
Endurecimento por indução é o processo de aquecimento de um material por meio de aquecimento por indução até uma determinada temperatura e depois resfriá-lo imediatamente com um meio de têmpera. Este rápido processo de resfriamento leva à formação de uma microestrutura dura e compacta do material. O aquecimento por indução permite o aquecimento de áreas específicas, controlando assim o processo de endurecimento e tornando-o repetível. Geralmente, os tratamentos térmicos por indução são usados em peças metálicas que provavelmente sofrerão alto desgaste superficial, mantendo outras propriedades do material.
Quando a intenção é aumentar propriedades mecânicas como dureza, o método de tratamento recomendado é o endurecimento por indução. Em aplicações onde se deseja melhor adesão, abrasão, calor e resistência a ácidos, o Boda Tech parece ser a melhor escolha. Além disso, fornecemos serviços de prototipagem desde a produção em pequena escala até a produção em grandes lotes. Você está convidado a entrar em contato conosco e explorar nossos serviço de tratamento térmico para atender às suas necessidades.