O tratamento de superfície desempenha um papel crucial na melhoria da funcionalidade da superfície de um componente. Como diferentes tratamentos de superfície operam por meio de mecanismos únicos, proporcionam funções distintas e possuem características variadas, o momento de sua aplicação também difere. Portanto, selecionar corretamente o tipo apropriado de tratamento de superfície e programar o processo de tratamento de forma racional são etapas extremamente importantes para garantir que todo o potencial e os benefícios do tratamento sejam alcançados.
Como escolher o tratamento de superfície?
Escolhendo um tratamento de superfície O objetivo fundamental de uma peça é alcançar uma função ou desempenho específico. Para garantir os melhores resultados, os engenheiros devem seguir estes princípios básicos ao selecionar um tipo de tratamento.
Adaptabilidade
O primeiro passo é determinar se o tratamento de superfície escolhido é o mais adequado às condições de operação e aos requisitos funcionais da peça. Uma análise minuciosa do ambiente de trabalho do componente é crucial.
Condições de carga
A magnitude da carga afeta o potencial de danos, o que determina a espessura necessária da camada de reforço.
Para cargas elevadas que causam desgaste superficial significativo, devem ser selecionados métodos que proporcionem uma camada espessa e reforçada, como a aspersão térmica. O tipo de força (por exemplo, impacto, fricção) determina o modo de falha e influencia o tipo de reforço necessário.
Em cargas alternadas repetidamente que causam danos por fadiga, selecione métodos de reforço que produzam uma microestrutura refinada e tensão de tração mínima, como a aspersão térmica. Evite processos de revestimento espesso, como a cromagem dura, nesses casos.
A velocidade relativa geralmente afeta o tipo de desgaste. Se o dano for desgaste abrasivo devido a partículas duras, considere métodos como aspersão térmica ou cromagem dura. Se o dano for desgaste puramente friccional, processos como zincagem, cobreação ou revestimento de níquel pode ser apropriado.
Condições ambientais
O ambiente circundante influencia a degradação do material.
Se o meio contiver partículas duras, causará desgaste abrasivo severo. Selecione tratamentos que proporcionem uma camada espessa e de alta dureza, como a cromagem dura. Para ambientes com corrosão severa que possa levar à corrosão por erosão ou fadiga por corrosão, escolha materiais com alta resistência. Para ambientes com água do mar ou cloreto, utilize aspersão térmica de aço inoxidável austenítico ou aço inoxidável duplex, ou revestimento de cobre. Para meios ácidos/alcalinos, utilize aço inoxidável austenítico ou ligas de níquel. Para SO₂2 contendo mídia, considere materiais de alumínioPara proteção geral contra corrosão, revestimento de zinco ou óxido preto pode ser suficiente.
Condições de temperatura
Temperaturas extremas não podem ser ignoradas, pois podem causar falhas como oxidação ou fadiga térmica. Condições que causam oxidação superficial, fadiga térmica ou redução da estabilidade térmica exigem materiais como aço inoxidável martensítico ou ligas à base de cobalto. Condições que reduzem a ductilidade e a tenacidade do material, levando à fragilidade, exigem materiais como ligas austeníticas ou ligas à base de níquel.
Viabilidade
Este princípio avalia se o tratamento de superfície escolhido pode ser implementado de forma eficaz e prática no componente específico.
O material base do componente e seu histórico de processamento anterior não devem entrar em conflito com o tratamento escolhido. Por exemplo, processos de alta temperatura, como a aspersão térmica, em que a superfície é fundida, são inadequados para materiais com baixos pontos de fusão.
Se um tratamento exigir alívio de tensões em alta temperatura, mas essa temperatura se aproximar ou exceder a temperatura de revenimento do material base, isso reduzirá a dureza e a resistência do componente. Nesse caso, selecione um tratamento que gere pouca ou nenhuma tensão residual e que não exija acabamento posterior em alta temperatura.
Materiais altamente suscetíveis à fragilização por hidrogênio (aqueles com alta dureza ou resistência) não devem ser submetidos a processos que envolvam liberação de hidrogênio, como decapagem ou certos métodos de revestimento, pois isso pode causar fissuras.
Peças complexas com sulcos profundos, ranhuras, furos ou arestas vivas não são ideais para galvanizaçãoA galvanoplastia pode resultar em espessura irregular e rebarbas nessas áreas, podendo causar o descascamento do revestimento. Peças de paredes finas ou facilmente deformáveis não suportam a alta tensão residual e o calor de certos tratamentos. Nesses casos, são necessários tratamentos com baixa temperatura e baixa tensão residual.
Correspondente
O objetivo aqui é adequar a vida útil da superfície tratada à vida útil esperada da máquina ou conjunto como um todo. O tratamento deve ser durável, mas evite o excesso de engenharia.
Se a vida útil de uma máquina é de 10 anos, o ideal é que o tratamento de superfície dure 10 anos, ou pelo menos que se minimize o número de substituições de componentes durante esse período. Tratar uma peça por 15 anos em um sistema com vida útil de 10 anos é considerado um exagero e um desperdício de recursos.
Esse conceito ajuda a quantificar a eficácia de um tratamento.
ε = WH / WT
WH é o desgaste no componente sem tratamento de superfície. WT é o desgaste no componente com tratamento de superfície. Um valor e mais alto indica um melhor efeito do tratamento de superfície.
Um valor ε mais alto indica um melhor efeito do tratamento de superfície. Por exemplo, se uma peça sem tratamento precisar de cinco substituições em 50 anos, o tratamento ideal deve visar um valor ε igual ou superior a 5.
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Rentabilidade
A consideração final é alcançar a função desejada ao menor custo possível. Uma maneira simples de avaliar a viabilidade econômica é:
Cq ≤ Cw · (Sq / Sw)
Cq é o custo do componente com acabamento superficial. Cw é o custo do componente não tratado. Sq é a vida útil do componente tratado. Sw é a vida útil do componente não tratado.
Implementação do tratamento de superfície
Após o engenheiro de projeto determinar o método apropriado, o engenheiro de produção deve implementar corretamente o processo para maximizar sua funcionalidade.
O tratamento de superfície deve ser programado corretamente dentro das etapas gerais de fabricação.
Tratamentos espessos, como a aspersão térmica, frequentemente causam deformações significativas e exigem alívio de tensões pós-tratamento e usinagem substancial. Devem ser programados após a usinagem de desbaste.
Tratamentos que exigem retificação de superfície, como o tratamento térmico de alta dureza. cromagem, deve ser agendado após a semi-conclusão.
Processos que exigem usinagem mínima ou nenhuma usinagem subsequente, como revestimento químico, galvanização ou tratamentos com feixe de alta energia, devem ser programados após o acabamento final.
Todos os tratamentos de superfície devem ser realizados após o tratamento térmico final do componente. Realizar o tratamento térmico posteriormente prejudicará a funcionalidade do tratamento de superfície.
O pré-processamento adequado da superfície é essencial para uma forte adesão entre a camada de tratamento e o substrato. A maioria dos tratamentos requer uma superfície lisa, mas alguns, como a aspersão térmica, exigem especificamente o aumento da rugosidade da superfície para melhorar a adesão.
Alguns materiais ou tratamentos requerem alívio de tensões antes do processo de superfície, enquanto outros não.
Uma folga correta é crucial, especialmente para tratamentos de alta precisão ou espessura. Essa folga deve levar em consideração a espessura necessária da camada de reforço e o subsequente usinagem/retificação necessário. Para componentes como porcas e parafusos, uma folga incorreta nas áreas roscadas pode impedir que o produto final atenda aos requisitos dimensionais e de tolerância.
Etapas de acabamento posterior, como alívio de tensões ou desidrogenação, são frequentemente necessárias após determinados processos e devem ser rigorosamente programadas e executadas pela equipe de produção.
