Nitretação em banho de sal Durferrit TF 1 (BR) processo TENIFER Generalidades O tratamento de nitretação (processo TENIFER) em banho de sais é uma rara opção para se obter peças e ferramentas com alta resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito e alta resistência à fadiga e corrosão. Esta modalidade de tratamento termoquímico torna-se ainda mais interessante quando se nota que as características mencionadas podem ser obtidas praticamente sem perigo das peças se deformarem. Dados relativos aos Sais e ao processo TENIFER 1. Análise Típica de um banho TF 1 (BR): - %CNO: 34-36 (Cianatos) - %CN : 1-5 (Cianetos) 1.1. Montagem do banho: Para montagem de um banho novo somente necessita-se dos sais: TF 1 (BR) e NS2B. Após a fusão do banho este se encontra apto para operação, e em conformidade com a análise típica. Exemplo: para um forno 35/50 (volume ~39 litros) as quantidades dos sais TF 1 (BR) e NS2B requeridas são respectivamente 66,5 kg e 3,5 kg. 1.2. Operacionalidade do banho: O banho TF 1 (BR) é muito fácil de ser operado e mantido em condições de trabalho; para isto basta controlar as seguintes variáveis de processo: composição química, temperatura, limpeza e aeração. 1.2.1. Composição química : O banho deverá ser mantido com uma composição de 34 a 36% de CNO. Para controlar esta variável é necessário proceder diariamente a uma análise química, de preferência no início da operação. Através desta análise é determinada a quantidade de sal regenerador (Sal REG 1 ou opcionalmente REG BR) a ser adicionada ao banho. A adição deste sal não altera o nível do banho. Durante a reposição do regenerador REG BR, ocorrerá formação de amônia devido a seguinte reação: REG BR + CO3 CNO + NH3 + H2O
Devido a esta formação de amônia recomendamos que o forno seja provido de concha exaustora. Ressaltamos que o banho não gera gases em condições normais de operação, mas apenas no instante da regeneração com REG BR. Quando utiliza-se o regenerador REG 1 ao invés do regenerador REG BR praticamente não há liberação de amônia, o que torna o processo muito mais ecológico e operacional, e dispensa a necessidade de equipamentos de exaustão e lavagem de gases. Consumo diário para um forno 35/50-1,5 kg de REG BR ou 0,75 kg de REG 1 (estimativa) Para reposição do nível do banho devido a perdas por arraste provocado pelas peças, deve ser utilizado somente o sal TF 1 (BR). 1.2.2. Temperatura do processo: A temperatura do processo deve ser mantida entre 565 e 580 C. A aferição e calibração de pirômetros e termoelementos deve ser realizada com freqüência a fim de garantir a eficácia do tratamento. 1.2.3. Limpeza do banho: O banho deve ser limpo diariamente, através de dispositivo de limpeza. Impurezas como ferro, óleos (e outras) prejudicam o desempenho do processo. 1.2.4. Aeração do banho: O banho deve ser aerado com ar seco, podendo ser empregados compressores simples ou portáteis. Deve-se evitar utilizar ar comprimido da linha da fábrica, devido a este conter normalmente alto teor de umidade e óleo. A quantidade de ar injetado é definida em função do volume do cadinho. 1.3. Características do processo: Em geral o processo é realizado em banho de sais fundidos entre 565-580 C. As quantidades de carbono e principalmente nitrogênio liberadas pelo sal proporcionam às peças imersas no banho uma camada periférica rica em nitrogênio e carbono (zona de ligação ou zona de compostos) cuja profundidade pode variar de 3 a 20 micra, em função do teor de elementos de liga contidos no material e tempo de tratamento (vide fig. 1). Imediatamente abaixo da zona de ligação forma-se a zona de difusão caracterizada pela formação de agulhas de nitretos. A espessura desta região é aproximadamente 30 a 40 vezes maior que a espessura da zona de ligação (vide fig. 2).
Fig.1- Espessura da zona de ligação em função do material e tempo de tratamento. Fig.2- Profundidade total da nitretação p/ distintos materiais depois do tratamento TENIFER.
O tempo de tratamento das peças no banho de nitretação é extremamente curto (5 min a 180 min) quando comparado à nitretação convencional a gás, e o resfriamento das peças, dependendo de sua composição química, pode ser realizado ao ar, em sal AB1, em óleo ou água. 1.3.1. Meios de Resfriamento após tratamento TENIFER O resfriamento das peças tratadas no banho de sal TF 1 (BR) é realizado normalmente em um dos 4 meios: - Ao ar: Quando trata-se de aços de alta liga ou peças de geometria complexa e delgadas, cuja linha não disponha do banho de sal AB1; - Água: Normalmente para aço carbono; - Óleo: Empregado para resfriamento de ferramentas de aços baixa liga; - Sal AB1: Resfriamento realizado a aproximadamente 380 C, em banho com característica oxidante, minimizando um possível empenamento e aumentando consideravelmente a resistência à corrosão das peças. Outra vantagem da utilização do banho AB1 é a eliminação das pequenas quantidades de cianetos e cianatos arrastadas pelas peças após o tratamento, por meio de oxidação. O tempo de permanência do material neste banho (AB1) situa-se ao redor de 10 minutos. Após este resfriamento intermediário, as peças devem ser resfriadas em água. Com a incorporação do banho de sal AB1 ao processo TENIFER surgiram outras possibilidades para o aprimoramento ou direcionamento de propriedades desejadas numa camada nitretada, sendo assim definidas: PROCESSO TF 1 (BR) + RESFRIAMENTO EM AB1 (Q) TF 1 (BR) + AB1 + POLIMENTO (QP) TF 1 (BR) + AB1 + POLIMENTO + AB1 (QPQ ou TENOX) PROPRIEDADES DESEJADAS Resistências (ao desgaste, engripamento, corrosão à quente, à fadiga), aumento de durabilidade de ferramentas. Baixa rugosidade superficial, coeficiente de atrito homogêneo, coloração metalicamente brilhante e mais todas do processo Q. Baixa rugosidade superficial, baixo coeficiente de atrito, altíssima resistência à corrosão, superfície de coloração escura, aparência decorativa e mais todas do processo Q.
1.4. Equipamentos necessários: O conjunto completo de equipamentos para o processo TENIFER compõe-se das seguintes estações: - Forno de pré-aquecimento, preferencialmente com recirculação forçada, para aquecimento da carga a temperaturas da ordem de 350 C (forno tipo FCA ou VK); - Forno de nitretação com cadinho de liga especial e dispositivo de aeração (forno tipo NO); - Forno de resfriamento com sal AB1, para operação a temperaturas acima de 350 C (forno tipo SWQT) - opcional; - Tanque de água e/ou tanque de óleo para resfriamento; - Tanque de água quente ou estação de lavagem a jato, para remoção da água salina aderente às peças. 1.4.1. Tipos de cadinhos Em princípio os banhos de sais para nitretação devem conter o mínimo de íons de ferro em solução, a fim de obterem o máximo rendimento em todos os seus aspectos físico-químicos, tanto para as peças em tratamento como também para o banho. Desta forma, dá-se preferência a cadinhos de ligas isentas, ou com baixos teores de ferro, conforme as opções abaixo indicadas: Cadinhos de Titânio É o cadinho mais indicado para o processo TENIFER. Vantagens do uso de um cadinho de Titânio: Maior durabilidade (aproximadamente 45.000 horas de operação); Camadas nitretadas com pouca porosidade; Menor necessidade de paradas para limpeza do banho; Maior produtividade. Em indústrias onde o processo TENIFER for extremamente solicitado, o uso do cadinho de titânio torna-se interessante. Cadinhos de INCONEL Características similares em relação ao cadinho de titânio, porém com menor durabilidade.
Cadinhos de Aço Inox ou Revestido internamente com Aço Inox Devido ao maior teor de ferro, o processo necessitará de cuidados operacionais com maior freqüência, principalmente em relação à limpeza do banho. Haverá também maior tendência à formação de camadas brancas (zona de ligação) com maior porosidade. Para pequenos cadinhos onde é relativamente simples promover a limpeza pode ser uma opção atrativa. Tem sido bastante utilizado em função do custo reduzido. O gráfico abaixo mostra a influência do teor de ferro na porosidade da camada de ligação, nitretada pelo processo TENIFER (parâmetros de processo: 580ºC, 90 a 120 minutos).