O endurecimento por indução é um método comumente usado em fábricas modernas para aumentar a dureza do aço. O aquecimento por indução pode aquecer a superfície de uma peça de aço, alterando sua estrutura cristalina. Leia abaixo para saber como o endurecimento por indução aumenta a dureza do aço.
Introdução ao endurecimento por indução
O endurecimento por indução é um dos métodos populares de tratamento térmico, que personaliza as propriedades físicas, mecânicas e químicas necessárias do metal. Ele usa indução eletromagnética para aquecer a peça. O processo de endurecimento por indução envolve o aquecimento de peças de trabalho dentro de uma bobina de formato helicoidal (bobina de indução) por meio de indução eletromagnética e resfriamento imediato. A fonte de energia (CA) cria a corrente de Foucault, que gera o calor necessário para elevar a temperatura para o processo de tratamento térmico. O componente aquecido é rapidamente resfriado por um mecanismo de pulverização de água acoplado ao sistema de aquecimento. No entanto, o agente de resfriamento pode ser água, ar ou óleo.
Endurecimento por indução do aço
O endurecimento do aço envolve mudanças metalúrgicas para melhorar suas propriedades mecânicas. O processo de endurecimento por indução aquece o aço a 880 a 1050 graus Celsius, seguido de um processo de resfriamento rápido. Os aumentos extremos de temperatura no aço levam a mudanças na microestrutura, aumentando a dureza. O rápido processo de resfriamento estabiliza as mudanças na microestrutura. O aquecimento por indução oferece maior uniformidade em toda a peça para um endurecimento eficaz. O padrão preciso de aquecimento ajuda a formar um núcleo relativamente frio e estável.
Aumentar a dureza do aço durante o endurecimento por indução
O endurecimento por indução do aço envolve três fenômenos distintos: eletromagnético, transmissão de calor e mudanças metalúrgicas. Enquanto a peça de aço é colocada em uma bobina de indução e fornece a corrente alternada (CA), o campo magnético alternado desenvolvido na superfície produz a corrente de Foucault. A corrente de Foucault é responsável pelo aquecimento da peça de aço. Ela altera significativamente suas propriedades quando atinge a temperatura crítica (7240C). Vamos discutir duas transformações cruciais que ocorrem durante o endurecimento por indução do aço:
- Austenita
A mudança da orientação cristalográfica dentro do limite dos grãos originais resulta da transformação da austenita do aço. A austenita contém uma estrutura cristalina FCC, que exibe um padrão de empacotamento mais denso. Os padrões de empacotamento mais densos resultam em espaços abertos na estrutura cristalina, permitindo que o átomo de carbono intersticial se encaixe. A maior solubilidade do carbono
- Martensita
A formação martensítica está relacionada ao resfriamento imediato do aço superquente (<10000C )(Guterres, 2022). Os átomos de carbono no espaço entre os átomos de ferro ficam presos porque o resfriamento instantâneo impede a difusão. Por meio da transformação cronológica em austenita e martensita, o aço muda sua estrutura cristalina. Além disso, ele se estabiliza em um padrão de empacotamento denso com mais conteúdo de carbono, aumentando a dureza original. O valor de dureza alcançado depende do teor de carbono.
Efeito do endurecimento por indução na dureza do aço
Vamos entender algumas terminologias importantes antes de falarmos sobre como a dureza é afetada pelo endurecimento por indução.
| Termos | Descrição |
|---|---|
| Cristal e grãos | Cristal refere-se ao arranjo repetitivo de átomos em um padrão periódico, em que os grãos são a coleção de cristais separados pelos respectivos limites de grãos. |
| BCC | A estrutura cristalina do centro do corpo refere-se ao arranjo dos átomos no centro do cubo e nos oito cantos, em que cada canto é compartilhado com um canto de outro cubo. |
| FCC | No FCC, oito átomos são dispostos em cada canto do cubo, e um permanece no centro de cada face, compartilhado com uma face adjacente. |
Quando a força é aplicada, os grãos transferem a energia de um para outro. Se a força for muito alta, os limites dos grãos tendem a escorregar durante a passagem da força, o que causa deformação. Como a dureza é a capacidade de resistir à deformação, o processo de endurecimento adiciona mais força para resistir à deformação. O aquecimento altera a estrutura cristalina do aço de BCC para FCC, em que os átomos de ferro no centro se movem para fora e criam um espaço intersticial entre eles. Os átomos de carbono se encaixam entre as partículas, o que resulta em um padrão mais compactado e denso. O resfriamento instantâneo da máquina de endurecimento por indução estabiliza a mudança na estrutura, tornando-a muito mais capaz de absorver energia. Além disso, os grãos compactos precisarão de mais energia para escorregar na posição do limite.
Benefícios do endurecimento por indução
O endurecimento por indução do aço melhora suas propriedades mecânicas, tornando-o adequado para uma ampla gama de aplicações, desde ferramentas simples e utensílios de cozinha até peças automotivas avançadas.
- Excelente resistência ao desgaste
Como o aquecimento por indução aumenta a dureza, ele automaticamente melhora a capacidade de resistência ao desgaste. Devido à estanqueidade da estrutura interna, o aço duro evita o desgaste da superfície do material.
- Deformação mínima
Suponha que você compare o endurecimento por indução com outra abordagem de endurecimento convencional. O aquecimento uniforme muda drasticamente o cenário de empenamento. Você terá um empenamento muito baixo, e o efeito sobre a funcionalidade das propriedades será insignificante.
- O nível específico de dureza
É fácil obter um nível específico de dureza com o endurecimento por indução. Por exemplo, uma roda precisa de um nível de dureza específico para satisfazer sua funcionalidade. Nesse caso, o aço pode ser pré-aquecido para que você obtenha o nível de dureza necessário.
- Força
Como a parte endurecida contribui com mais volume do que o núcleo, a resistência à compressão do aço aumenta significativamente, e a dureza também melhora a vida de fadiga do aço devido ao alto incremento na resistência mecânica. Ainda assim, o aumento da dureza do aço é o benefício mais significativo do endurecimento por indução, o que o torna superior para vários setores. Britadores de rocha, eixos, engrenagens, eixos, vigas de construção e muitas outras aplicações exigem aço duro.
Conclusão
O endurecimento por indução é uma maneira ideal de aumentar a dureza. Refere-se ao tratamento térmico que utiliza uma bobina de indução, seguido de um rápido processo de resfriamento. O equipamento avançado de endurecimento por indução permite personalizar a dureza e outras propriedades mecânicas do aço com muita precisão. Também é possível automatizar o processo para otimizar a produtividade.
Perguntas frequentes
Como o endurecimento por indução melhora a dureza do aço?
O aço aquecido com uma bobina de indução passa por duas transformações: austenita e martensita. As modificações estruturais internas provocadas por essas transformações tornam o aço mais duro.
Quais são as vantagens do endurecimento por indução do aço?
A principal vantagem é o aumento da dureza e da resistência mecânica. Ele evita que o desgaste e os rasgos aumentem a vida útil da peça, além de outros benefícios funcionais em várias aplicações.
Quais fatores afetam o resultado do endurecimento por indução?
Há três fatores: o nível de dureza necessário, a habilidade do operador e a tecnologia de endurecimento por indução. A utilização de equipamentos de endurecimento por indução automatizados e de última geração produzirá excelentes resultados.
