TECNOLOGIAS DE ENDURECIMENTO DE METAIS

1.1 Tecnologia de endurecimento térmico de ferramenta de corte feita de aço de corte rápido

Área técnica: Controle de materiais, metalologia, materiais compostos.

Destinação: Tratamento térmico e termo-químico, endurecimento de ferramentas.

Objetivo: O processo permite aumentar a vida útil de ferramentas de aço de corte rápido.

O processo utiliza materiais e equipamento térmico tradicionais sem gastos adicionais. Os novos regimes de têmpera e revenimento propostos (tempo de aplicação, temperatura, sequência operacional e a composição química do meio aquecido são parte do "know-how") permitem alterar a estrutura de aços de corte rápido de acordo com o material composto, que consiste de uma camada superficial endurecida, com espessura desejada, possuindo alto teor de grandes e pequenos carbonetos (cementitas/carborundum). O núcleo é tenaz e tem uma estrutura uniforme de micropartículas e de alta liga do aço de corte rápido. Em comparação com o tratamento térmico tradicional, o novo processo proporciona a elevação da resistência ao impacto em 1,5 - 2,5 vezes, resistência à torção em 10 - 20% e resistência ao calor em 10 - 20^oC. Além disso, a dureza da camada superficial (conforme normas para aço rápido) aumenta em 1 a 6 vezes, enquanto que a dureza do núcleo diminui em 1 a 3 vezes em comparação com a dureza do aço tratado por processo termo-químico tradicional.

Vantagens sobre o tratamento termo-químico tradicional

• A tecnologia proposta é mais eficaz para as ferramentas que sofrem grande carga de impactos, e particularmente para ferramentas de pequeno calibre e as utilizadas para desbastamento bruto.
• Permite o uso da ferramenta em movimentos e velocidades de corte 10 a 30% superiores às tradicionais, bem como trabalhar materiais com dureza elevada de até HPC 40 - 46 (normas para aço de corte rápido) quando a dureza da superfície da ferramenta de aço de corte rápido tiver HPC 66 - 67.
• Permite elevar para 1 a 2 classes a pureza da superfície frezada.

Os novos regimes de tratamento térmico, em conjunto com o processo de carbonetação da superfície, permitem aumentar a vida útil da ferramenta de corte em 1,5 - 3 vezes com a sua dureza de superfície de HPC 66-68. O custo do processo aumenta somente em 5 - 15% em comparação com o tratamento térmico padrão.

O processo desenvolvido é de execução simples, não exige equipamento especial, é facilmente automatizado e ecologicamente seguro. Foram feitas experiências em aços de corte rápido produzidos pela ex-União Soviética (dureza máxima alcançada de HPC 66-67) e alguns tipos de aços de corte rápido de produção estrangeira (dureza máxima alcançada HPC 67-68).

Esta tecnologia foi implantada em mais de 10 empresas da Bielorússia e Rússia. Os resultados dos testes de pequenos lotes de "frezas com cabo" realizados na Tchecoslováquia, China e Alemanha confirmaram o aumento de sua vida útil em 1,7 - 2,5 vezes. Esta tecnologia despertou o interesse de mais de 15 empresas de fabricação de ferramentas da Alemanha, Inglaterra, Áustria, Suíça e Bélgica.

1. O processo é vendido na forma como foi desenvolvido. Serão necessários testes de amostras de aços utilizados no país adquirente da tecnologia.
2. O processo permite a criação de compostos novos e baratos .

Tais materiais garantirão ferramentas de alta resistência e dureza superficial superior a HPC 70, alta densidade de impacto e fáceis de trabalhar. Estes materiais estão designados para substituir as ligas duras caras, delicadas e difíceis de trabalhar. Este processo exigirá investimentos complementares para a execução de pesquisas conjuntas com parceiros estrangeiros.

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Área técnica: Controle de materiais, metalologia, materiais compostos.

Destinação: Tratamento térmico e termo-químico, endurecimento de ferramentas.

Objetivo: O processo permite obter camadas protetoras resistentes ao desgaste, aumentando a vida útil de peças de máquinas e ferramentas de aços, ferro fundido e ligas duras.

A tecnologia é um processo de "tratamento por difusão" (semelhante à cementação dura) para ferramentas e peças de máquinas que são tratadas num meio de pós óxido-metálicos sob temperatura inferior a 1000^oC durante 4 - 6 horas (a composição química dos pós e o regime de temperaturas fazem parte do "know-how"). O resultado é a formação de revestimentos uniformes de carbonetos compostos sobre a superfície dos artefatos. A espessura dos revestimentos é da ordem de 4 - 7 m m sobre ligas duras; até 70 m m sobre aços e até 140 m m sobre ferro fundido, tendo uma dureza na superfície de HV 2800-3700, comparável à dureza do carborundo. A adição de um carbonetador no meio supracitado permite obter revestimentos não uniformes, na espessura desejada, de compostos de ligas de carbonetos granulados com dureza na superfície de HPC 65-70.

• O processo é simples e econômico por utilizar equipamento tradicional, compostos óxido-metálicos baratos e re-aproveitáveis, bem como temperaturas tecnológicas relativamente baixas.
• As superfícies não precisam ser cuidadosamente preparadas antes do tratamento.
• Devido à grande espessura das camadas obtidas é possível fazer o acabamento fino das dimensões dos artefatos de aços e ferro-gusa.
• A tecnologia é mais eficaz e produtiva para ferramentas não-reafiáveis de ligas duras. Por exemplo, 1 kg de mistura em pó no valor de US$ 20-30 utilizada por duas vezes permite endurecer 1-2 kg de ferramenta de liga dura no valor de US$ 100-300, aumentando a sua vida útil no mínimo em 3-4 vezes e mantendo a resistência do material original. Alem disso, é possível a compatibilização deste processo com o de sinterização da liga dura.

A utilização de revestimentos de carboneto composto obtidos por este processo permite aumentar em 2 - 20 vezes a vida útil da ferramenta de corte feito de liga dura, e, em 2 - 5 vezes, a de ferramentas e peças de máquinas feitas de aço.

O processo é de execução simples e não exige mão-de-obra especializada. A tecnologia foi testada e implantada em algumas indústrias da Bielorússia e Rússia. 

1. O processo é utilizado na forma como foi desenvolvido. As misturas de pós para a execução do processo podem ser preparados e fornecidos ao cliente pelo autor.
1. A tecnologia permite criar novas formas de ferramentas de materiais compostos utilizando marcas baratas de alta densidade de ligas duras, que terão alta resistência, baixo custo e uma dureza micro-superificial de até HV 3700. Tais materiais compostos podem encontrar aplicação para substituir em certas operações as dispendiosas placas de corte feitas como peça única (inteiriças), semelhantes a diamantes, de compostos de ligas duras do tipo nitreto de boro e outros.

O presente trabalho exige investimentos complementares para a execução de pesquisas em parceria com sócios estrangeiros.

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Área técnica: Controle de materiais, metalologia, revestimentos.

Destinação: Deposição química de revestimentos.

Objetivo: O processo permite obter revestimentos antidesgaste em ferramentas, aumentando a sua vida útil. 

Descrição resumida e particularidades específicas do processo

O processo consiste em ferver a ferramenta numa suspensão aquosa especial contendo compostos de alto ponto de fusão e outros componentes orgânicos (a composição do meio aquoso e o regime do tratamento térmico fazem parte do "know-how"). A solução de trabalho é preparada com componentes baratos e ecologicamente limpos e pode ser re-utilizada várias vezes. Nos casos, quando a ferramenta trabalha em condições de grande carga de impactos e forte aquecimento local do fio de corte, torna-se necessário fazer a manutenção isotérmica da ferramenta.

O tratamento forma na superfície da ferramenta um revestimento macio com espessura inferior a 10 m m que cumpre a função de engraxante e que é mais eficaz para ferramentas que trabalham em condições de fricção sem aquecimento nem impacto. O revestimento é resistente à corrosão e suporta temperaturas de até 700° C. 

• O processo é de simples execução, não exige equipamentos e materiais caros nem pessoal especializado. É ecologicamente limpo e pode ser facilmente controlado e automatizado.
• A tecnologia é energeticamente vantajosa, não exigindo ligação de energia elétrica aos artefatos.
• O processo permite obter revestimentos de espessura uniforme, sem os defeitos característicos de revestimentos eletroquímicos e de outros tipos.
• A tecnologia é uma operação de acabamento e é aplicada em ferramentas prontas para o trabalho.
• Após a re-amolagem da ferramenta, as suas propriedades de corte são mantidas até um certo grau e são totalmente recuperadas após um novo tratamento com este processo.
• A tecnologia é eficaz em materiais difíceis de trabalhar.
• O processo é muito econômico. Por exemplo: 1 kg de mistura em pó para preparação de solução que custa US$ 3-5 permite tratar 30-40 kg de ferramentas (as de ligas duras custam US$ 4.000 - 10.000 e as de aço de corte rápido custam US$ 400 - 1.000) garantindo o aumento da vida útil das ferramentas em, no mínimo, 2 vezes. 

A tecnologia proposta aumenta a vida útil de ferramentas de corte feitas de aços de corte rápido (a/r) e ligas duras (l/d) de 1,5 - 4 vezes, e de ferramentas-moldes (estamparia) em 1,5 - 2 vezes.

Em ferramentas-moldes, em muitos casos, esta tecnologia elimina a presença de partículas mantendo-se a alta frequência de tratamento de artefatos.

Os resultados de testes com brocas para orifícios profundos (400 mm) da empresa "Stock" (Alemanha) tratados com esta tecnologia mostraram uma performance 1,8 vezes superior.

A tecnologia foi testada e está implantada em mais de 10 indústrias da Bielorússia e Rússia. 

1. O processo é utilizado na forma como foi desenvolvido. As misturas em pó para a preparação da suspensão podem ser preparadas e fornecidas ao cliente pelo autor.
1. Para prosseguir no aperfeiçoamento da tecnologia (obtenção de revestimento uniforme resistente ao calor, utilização de componentes mais baratos, sua aplicação em peças de máquinas de diferentes tipos de aços e materiais, etc.) serão necessários investimentos complementares da parte dos sócios estrangeiros. Isto permitirá criar revestimentos contra desgastes e corrosão modernos e decorativos para os mais diversos materiais.

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Área técnica: Metalurgia de pós

Destinação: Sinterização reativa de artefatos de carborundo

Objetivo: A tecnologia permite obter artefatos de carborundo não porosos e de formas complexas. 

A carga na base de silício e outras substâncias é misturada com um agente orgânico ligante (de baixa fusão) fundido (parafina) até a obtenção de uma massa de escória, com a qual é feita a coação (de preferência sob pressão) da peça bruta da forma complexa. Após o resfriamento, a peça bruta sólida é trabalhada até as dimensões necessárias. Em seguida, a peça é colocada num meio carburante, no qual, separa-se inicialmente o ligante de baixa fusão e, em seguida, faz-se a saturação direta da peça bruta com carbono sob temperatura de 1100° C (a composição da carga, do meio e do regime de carbonação faz parte do "know-how").

Para maior eficiência do processo e obtenção de artefatos com alta resistência, a carga inicial deve ser prensada sob alta pressão e o recozimento deve ser feito num meio gasoso carburante.

Como resultado da sinterização reativa, o silício da carga junto com o carbono do meio saturado forma um carborundo de partículas finas e graúdas que preenchem aos poucos os poros primários durante a formação da peça bruta. O subsequente recozimento sob temperatura de 1300° C ou maior, permite criar um artefato de carborundo com estrutura uniforme. 

• O processo é econômico por usar equipamento térmico barato: a temperatura do processo é de 1100 - 1300° C em vez da normalmente utilizada de 1600 - 2000° C.
• O processo permite obter artefatos de forma complexa e reduzir a sua fragilidade.
• O processo é de execução simples, não exige pessoal especializado e pode ser facilmente automatizado. 

Esta tecnologia passou somente nos testes de laboratório. Nos testes foram usados 2 tipos de amostras: uma -- somente de carborundo e outra -- composta com plaquetas de titânio. Ambas foram submetidas à temperatura de 1300° C. Os resultados mostraram que a a amostra feita somente de carborundo possui a resistência ao calor igual ao das amostras de carborundo industrial. Mas as amostras de carborundo compostas com titânio metálico tem uma resistência ao calor 2-10 vezes superior igual ao das amostras de carborundo industrial. 

1. O processo é oferecido na forma como foi desenvolvido.
1. Na criação de novos compostos na base de Ti-Si-C e Mo-Si-C, que possuem alta densidade e resistência ao calor, serão necessários investimentos complementares da parte dos sócios estrangeiros para a execução de pesquisas científicas conjuntas.

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1.5. Tecnologia de tratamento de térmico de aços para construção e para ferramentas.

Área técnica: Controle de materiais, metalologia, materiais compostos.

Destinação: Tratamento térmico de metais e ligas.

Objetivo: A tecnologia permite aumentar as propriedades mecânicas, tecnológicas e aplicativas de aços para construção e para ferramentas. 

O processo pode ser executado num equipamento térmico tradicional, não exigindo gastos adicionais. Os novos regimes de têmpera e revenimento (temperatura, tempo de duração, sequência das operações e composição química do meio resfriador são parte do "know-how") permitem obter aços de construção e de ferramentas com uma estrutura uniforme e de grão fino. Em comparação com o tratamento térmico tradicional, este novo processo aumenta a resistência do material para torção em 10-50%, a plasticidade em mais de 2 vezes e a densidade de impacto em 2-15 vezes, conservando a alta dureza do aço temperado. 

• O processo permite substituir aços de alta liga pelos de baixa liga.
• Permite reduzir o peso da construção.
• É mais eficaz para construções de alta responsabilidade, artefatos e ferramentas que sofrem altas cargas de impacto.
• Permite melhorar a têmpera dos aços, consertando a sua estrutura heterogênea. 

Este novo processo de tratamento térmico, com tempo de duração total 10-20% maior que os tratamentos tradicionais, permite obter em algumas marcas de aços propriedades semelhantes às de aço damasquino. Por exemplo: foram submetidos a este tratamento amostras de 10 x 10 x 55 mm sem entalhe e amostras de 5 x 10 x 55 mm, ambas de aço sem liga U8 (0,8% C) e com dureza HRC 59-60. Após o tratamento nas amostras de 10 x 10 x 55 mm sem entalhe conseguiu-se aumentar a densidade de impacto para 2,5-3 MJ/m², ou seja, em 13-15 vezes em relação aos 0,2 MJ (Megajoule)/m² conseguidos com o tratamento térmico tradicional. E nas amostras de 5 x 10 x 55 mm aumentou-se a resistência para torção em 3550-3850 MPa, ou seja, 25-30% acima dos 2850 MPa originais. Além disso, formou-se uma estrutura composta de uma mistura uniforme de martensita de alto e baixo carbono. A martensita de baixo carbono "macia" transmite ao aço U8 alta plasticidade e densidade de impacto, enquanto que a martensita de alto carbono "dura" transmite a alta resistência e dureza, semelhante à influência que a estrutura exerce nas propriedades do aço damasquino. 

A tecnologia passou pela aprovação industrial para aços de construção e de ferramentas fabricadas na União Soviética por algumas empresas da Rússia e da Bielorússia.

O processo é de execução simples, ecologicamente inofensivo, executado em equipamento padrão, podendo ser facilmente automatizado. 

1. O processo é oferecido na forma como foi desenvolvido. Serão necessários testes complementares de amostras de aços utilizados no Brasil ou outro país interessado.
1. Esta tecnologia permite o desenvolvimento de:

• aços modernos que possuam simultaneamente alta densidade e resistência;
• aços com propriedades especiais;
• aços com efeito de memória de forma;
• aços de baixa liga com elevada segurança; aços com alta resistência ao desgaste

na base das modernas tecnologias de sua preparação. Para tais objetivos serão necessários investimentos complementares da parte dos sócios estrangeiros para a realização de pesquisas científicas conjuntas.

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