Tratamento térmico por indução eletromagnética em tubos de aço

Rem: Revista Escola de Minas

Print version ISSN 0370-4467

Rem: Rev. Esc. Minas vol.57 no.1 Ouro Preto Jan./Mar. 2004

http://dx.doi.org/10.1590/S0370-44672004000100005

METALURGIA & MATERIAIS

Tratamento térmico por indução eletromagnética em tubos de aço SAE 1045 para produção de hastes de sondagem geológica

Carlos Roberto FerreiraI; Fernando Gabriel da Silva AraújoII; Cristovam Paes de OliveiraIII; André Barros CotaIV

IEngº Metalurgista, mestrando, REDEMAT/UFOP - E-mail: [e-mail]

IIDr., Prof. Adjunto, Dep. de Física, REDEMAT/UFOP - E-mail: [e-mail]

IIIDr., Prof. Adjunto, REDEMAT/UFOP

IVDr., Prof. Adjunto, Dep. de Física, REDEMAT/UFOP

RESUMO

Esse trabalho descreve o tratamento térmico por indução eletromagnética em tubos sem costura para a produção de hastes para sondagem geológica. São determinados, através de análises metalográficas e ensaios mecânicos, os parâmetros ideais para as etapas de têmpera e revenido, a fim de obter hastes nacionais tratadas com qualidade similar às disponíveis no mercado internacional. A determinação dos parâmetros operacionais do equipamento de indução eletromagnética, para têmpera e revenimento de tubos de aço SAE-1045, utilizados na confecção das hastes, permitiu obter um perfil de dureza sem grandes flutuações de valor, variando suavemente de um valor máximo próximo a 45HRc na extremidade externa da faixa tratada, para um valor mínimo próximo a 35HRc, no final da mesma.

Palavras-chave: Indução eletromagnética, hastes de sondagem, tratamento térmico

ABSTRACT

This work describes the production of geological drill rods through electromagnetic induction thermal treatment of tubes. The research aims at determining, through metalography, mechanical tests and field tests, the ideal induction hardening and tempering parameters, to produce drill rods with qualities similar to the ones available in the international market. The determination of the induction hardening and tempering parameters of SAE-1045 steel tubes, for the production of geological drill rods, was capable of producing hardness profiles with low fluctuations in values, ranging from a maximum value of 45HRc close to the extremity, to minimum values close to 35HRc at the end of the treated region.

Keywords: Electromagnetic induction, geological drill rods, thermal treatment

1. Introdução

O tratamento térmico por indução eletromagnética é sem dúvida um dos mais efetivos processos de tratamento térmico para diversas aplicações, incluindo: têmpera total, têmpera superficial, revenido, alívio de tensões, recozimento, normalização, sinterização de metais pulverizados e outros[1]. Na maioria das aplicações, o tratamento térmico por indução é usado somente em partes selecionadas da peça. O processo é executado em tempo muito curto e com alta eficiência, porque a energia é aplicada somente na parte onde o tratamento térmico é requerido. Isto promove alta produtividade, poucas distorções na geometria da peça, permite o uso de pequeno espaço físico para instalação de equipamentos e gera benefícios ambientais[2,3].

No aquecimento por indução convencional, todas as três maneiras de transferência de calor (condução, convecção e radiação) estão presentes, sendo que as transferências de calor por convecção e radiação refletem os valores de perda de calor. Um alto valor de perda de calor reduz a eficiência da bobina de indução.

A profundidade de penetração de corrente, em determinado objeto sob tratamento, é definida pelo limite no qual a densidade de corrente alcança 37% do valor obtido na superfície[4], conforme pode ser calculado pela equação 1[1].

d =( r /P.µ0.µ.f )1/2 eq.1

ou d = 503 (r/µ.f )1/2

sendo:

d = profundidade de penetração, em metros;

r = resistividade elétrica do metal, em ©.m;

µ0 = permeabilidade magnética no vácuo;

µ = permeabilidade magnética da peça;

f = freqüência do campo magnético alternado da bobina, em Hz.

A velocidade de aquecimento por indução de alta freqüência varia de 27 a 227ºC/s, o que chega a 100 vezes mais rápido que a velocidade de aquecimento no forno convencional e condiciona importantes particularidades da transformação microestrutural. Isto ocorre porque a velocidade de nucleação da austenita cresce mais rapidamente que sua velocidade de crescimento linear. Em decorrência disto, acima das temperaturas de início (Ac1) e de fim (Ac3) da transformação em austenita, formam-se grãos austeníticos pequenos, com tamanhos médios variando de 2 a 7µm[4]. Devido à elevada velocidade de aquecimento e à curta exposição à temperatura máxima, os ciclos dos processos de difusão mostram-se incompletos e os átomos de carbono distribuem-se não uniformemente na estrutura da austenita[4].

O processo de têmpera de tubos, nos tratamentos térmicos por indução eletromagnética, permite obter uma estrutura martensítica na região tratada da peça, cuja variação de dureza ao longo da peça depende da distribuição de temperatura, da microestrutura prévia do aço, do seu teor de carbono, das condições de resfriamento e temperabilidade do aço e, por fim, do grau de superendurecimento, um fenômeno relacionado às altas velocidades de aquecimento, onde os valores de dureza aumentam de 2 a 8 pontos HRc, em relação ao máximo valor de dureza obtido, para um dado tipo de aço, por tratamento convencional. Isso permite, para situações