Quais são os diferentes tipos de fornos de tratamento térmico?

O tratamento térmico é um processo crítico utilizado em diversas indústrias para melhorar as propriedades mecânicas de metais e ligas. Os fornos de tratamento térmico desempenham um papel fundamental neste processo, proporcionando ambientes de aquecimento controlado que modificam a estrutura do material. Neste artigo, iremos nos aprofundar nos diferentes tipos de fornos de tratamento térmico e explorar suas vantagens e desvantagens, ajudando você a tomar decisões informadas para suas necessidades específicas de tratamento térmico.

Crédito da imagem: Mikheyev Viktor/Shutterstock.com

O que é tratamento térmico?

O tratamento térmico é um processo controlado de aquecimento e resfriamento aplicado a metais e ligas para alterar suas propriedades físicas e mecânicas. Este processo pode impactar significativamente a dureza, resistência, tenacidade e outras características essenciais dos materiais.

Importância dos Fornos de Tratamento Térmico

Os fornos de tratamento térmico fornecem um ambiente controlado para realizar processos específicos de tratamento térmico com precisão e consistência. Eles permitem aquecimento uniforme, controle preciso de temperatura e taxas de resfriamento controladas, garantindo que as propriedades desejadas do material sejam alcançadas.

De acordo com pesquisas publicadas no International Journal of Thermal Sciences, alguns métodos comuns de tratamento térmico são recozimento, têmpera, revenido, normalização, endurecimento de caixa e transformação martensítica.

Tipos de fornos de tratamento térmico

Fornos para banho de sal

Os fornos de banho de sal, também conhecidos como fornos de sal, usam sal fundido como meio de aquecimento. Os fornos de banho de sal são um tipo especializado de equipamento de tratamento térmico usado para melhorar as propriedades de metais e ligas. O processo envolve a imersão da peça em um banho de sal fundido em altas temperaturas, criando um ambiente controlado para diversos processos de tratamento térmico.

Eles são particularmente adequados para processos como cementação, carbonitretação e nitrocarbonetação. Um típico forno de banho de sal consiste em vários componentes essenciais. O elemento de aquecimento fornece o calor necessário para derreter o sal e manter a temperatura desejada, a Câmara isolada envolve o banho de sal para garantir a retenção e segurança do calor, e o Sistema de Controle de Temperatura: Permite ajustes precisos de temperatura para diferentes processos de tratamento térmico.

• Vantagens dos fornos de banho de sal

O contato direto entre o sal fundido e a peça permite um aquecimento rápido e uniforme, levando a resultados de tratamento térmico consistentes e previsíveis. Os fornos de banho de sal reduziram a oxidação, pois o sal cria uma atmosfera protetora. Eles também são adequados para peças pequenas e complexas devido à fácil imersão. Os fornos de banho de sal garantem uma distribuição uniforme da temperatura em todo o banho, garantindo tratamento térmico uniforme em todas as partes da peça.

• Desvantagens dos fornos de banho de sal

Os fornos de banho de sal têm uma faixa de temperatura limitada com base no tipo de sal utilizado. Após o tratamento térmico, a peça pode reter resíduos de sal, necessitando de uma limpeza completa para evitar quaisquer efeitos adversos nos processos subsequentes ou nos produtos finais. Eles também exigem muita manutenção para evitar vazamento de sal e corrosão.

Fornos de caixa

Os fornos tipo caixa, também chamados de fornos descontínuos, são versáteis e amplamente utilizados para diversos processos de tratamento térmico. Eles consistem em uma câmara isolada para acomodar a carga de trabalho e fornecer aquecimento controlado. O principal objetivo do forno tipo caixa é fornecer um ambiente de aquecimento controlado para vários processos de tratamento térmico.

Um artigo de pesquisa publicado na Energies descreveu o funcionamento de fornos descontínuos. No forno descontínuo, as peças são carregadas na câmara isolada e submetidas a aquecimento controlado em temperaturas específicas. Os elementos de aquecimento do forno geram o calor necessário e o isolamento ajuda a manter a distribuição uniforme da temperatura em toda a câmara. Assim que o processo de tratamento térmico for concluído, as peças de trabalho são removidas do forno.

• Vantagens dos fornos tipo caixa

Os fornos tipo caixa oferecem versatilidade para acomodar vários formatos e tamanhos de peças de trabalho, tornando-os adequados para trabalhos de tratamento térmico personalizados. Eles oferecem uma ampla faixa de temperatura adequada para vários processos de tratamento térmico. Os fornos tipo caixa são fáceis de operar e não requerem muita manutenção.

• Desvantagens dos fornos tipo caixa

Os fornos tipo caixa requerem tempos de aquecimento e resfriamento mais longos devido à natureza do processamento em lote. Eles têm menos uniformidade devido à variação potencial de temperatura dentro da câmara. Eles também possuem capacidades de automação limitadas em comparação com fornos contínuos. O investimento inicial para aquisição de um forno caixa pode ser maior, principalmente para modelos avançados com recursos adicionais.

Fornos Contínuos

Fornos contínuos, como o nome sugere, são fornos industriais de tratamento térmico projetados para lidar com um fluxo contínuo de peças. Ao contrário dos fornos descontínuos, que processam um número limitado de peças de uma só vez, os fornos contínuos oferecem um processo de tratamento térmico contínuo e ininterrupto. Eles são ideais para produção de alto volume e processos contínuos de tratamento térmico.

Os fornos contínuos oferecem um fluxo contínuo de peças através da câmara de aquecimento em um transportador ou sistema de rolos. Os elementos de aquecimento do forno geram o calor necessário e o sistema de transporte garante um fluxo constante de peças através da câmara de aquecimento. À medida que as peças se movem através do forno, elas passam pelo processo de tratamento térmico especificado.

De acordo com a pesquisa publicada em Energia, os fornos contínuos têm altas taxas de produção e eficiência devido ao processamento contínuo. Fornos contínuos garantem aquecimento uniforme das peças durante todo o processo. A distribuição consistente de calor leva a propriedades uniformes do material e melhor qualidade do produto. Eles também reduziram os requisitos de mão de obra.

No entanto, os fornos contínuos têm flexibilidade limitada no manuseio de pequenos lotes ou geometrias complexas. Eles exigem maior consumo de energia durante a operação contínua. Fornos contínuos são sistemas complexos e sua manutenção requer conhecimentos e recursos especializados.

Fornos a Vácuo

Fornos a vácuo são fornos de tratamento térmico especializados que operam em ambiente de vácuo ou baixa pressão. Ao contrário dos métodos convencionais de tratamento térmico que utilizam ar atmosférico, os fornos a vácuo garantem um ambiente limpo e livre de contaminação durante o processo de tratamento térmico.

Em um forno a vácuo, o ar é removido da câmara de aquecimento, criando um ambiente de vácuo ou baixa pressão. As peças são então aquecidas sem exposição a gases ou impurezas. A ausência de ar evita a oxidação e outras reações químicas durante o processo de tratamento térmico.

Os fornos a vácuo minimizaram a oxidação e a descarbonetação da superfície devido à ausência de ar. Eles oferecem controle preciso da atmosfera e das condições de aquecimento. Num ambiente de vácuo, a transferência de calor ocorre principalmente através da radiação, que proporciona um aquecimento mais uniforme e eficiente em comparação com a condução ou convecção. Os fornos a vácuo podem atingir altas temperaturas e pressões, tornando-os adequados para processos avançados de tratamento térmico.

No entanto, os fornos a vácuo requerem um investimento inicial significativo devido à sua tecnologia avançada e construção sofisticada. Eles têm taxas de aquecimento mais lentas em comparação com outros tipos de fornos. Os fornos a vácuo são mais adequados para processamento em lote, o que pode limitar o seu volume de produção em comparação com os fornos contínuos.

Fornos de aquecimento por indução

Os fornos de aquecimento por indução são equipamentos especializados de tratamento térmico que utilizam indução eletromagnética para aquecer materiais condutores. Ao contrário dos métodos tradicionais de aquecimento que dependem do contato direto, o aquecimento por indução cria um campo eletromagnético que induz calor diretamente na peça de trabalho.

Em um forno de aquecimento por indução, uma corrente alternada passa por uma bobina de cobre, criando um poderoso campo eletromagnético. Quando um material condutor é colocado dentro deste campo, correntes parasitas são induzidas dentro do material, gerando calor. O calor é produzido internamente, garantindo um aquecimento eficiente e uniforme da peça.

Os fornos de aquecimento por indução oferecem alta eficiência de aquecimento com perda mínima de calor, garantindo processos de tratamento térmico precisos e controlados. O aquecimento por indução fornece taxas de aquecimento rápidas, permitindo tempos de processamento rápidos e maior produtividade. O eficiente processo de aquecimento dos fornos de indução resulta na redução do consumo de energia, tornando-os mais ecológicos.

Os fornos de aquecimento por indução requerem um investimento inicial significativo, incluindo o custo de equipamentos especializados e fontes de alimentação. A operação de fornos de aquecimento por indução requer pessoal qualificado com experiência em princípios de aquecimento por indução e procedimentos de segurança. O aquecimento por indução é mais eficaz para aquecimento de superfícies, o que pode limitar a sua aplicação em certos processos de tratamento térmico.

O processo de tratamento térmico está entre os processos altamente eficazes utilizados na indústria de ciência de materiais para a obtenção das propriedades físico-químicas desejadas dos materiais. Esses fornos monitoram cuidadosamente o processo de tratamento e permitem a modificação precisa e controlada das propriedades do material. A seleção de um forno depende do material, dos requisitos de temperatura e do volume de produção. Tendo em vista todos os parâmetros, selecionar o forno de tratamento térmico mais viável resulta na obtenção dos resultados mais viáveis.