Tratamento térmico

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Tratamento térmico

Departamento Regional de São Paulo
Tratamento térmico
Escola SENAI ””
MÓDULOS ESPECIAIS
MECÂNICA
Módulos especiais - Mecânica
Material didático extraído do módulo “Tratamento térmico”
telecurso profissionalizante 2000.
Trabalho elaborado pela
Divisão de Recursos Didáticos da
Diretoria de Educação do
Departamento Regional do SENAI-SP
Editoração eletrônica
Cleide Aparecida da Silva
CFP 5.02 - Escola SENAI “Luiz Scavone”
Rua Alfredo Massareti, 191
13251-360 - Itatiba - SP
Telefax: (011) 7806-2546 / 7805-0465
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Introdução
Um problema
Por que todos os objetos de metal, como tesoura, grampeador,
clipe, furador etc. exigem tratamento térmico em sua fabricação?
A resposta a essa questão será dada nesta aula.
Origem do tratamento térmico
É bastante antiga a preocupação do homem em obter metais
resistentes e de qualidade. O imperador romano Júlio César já
afirmava, no ano 55 a.C., que os guerreiros bretões se defrontavam com o problema de suas armas entortarem após certo tempo
de uso. Isso os obrigava a interromper as lutas para consertar
suas armas de ferro.
Os romanos, por sua vez, já haviam descoberto que o ferro se
tornava mais duro quando aquecido durante longo tempo num
leito de carvão vegetal e resfriado, em seguida, em salmoura.
Esse procedimento pode ser considerado a primeira forma de
tratamento térmico, pois permitia a fabricação de armas mais
duras e mais resistentes.
Entretanto, foram necessários muitos anos para o homem aprender a lidar de modo mais eficiente com o calor e com os processos de resfriamento, para fazer tratamento térmico mais adequado dos metais.
3
Tratamento térmico do aço
De modo geral, o tratamento térmico consiste em aquecer e
resfriar uma peça de metal para que ela atinja as propriedades
mecânicas desejadas como dureza, elasticidade, ductibilidade,
resistência à tração, que são as chamadas propriedades mecânicas do metal. A peça adquire essas propriedades sem que se
modifique o estado físico do metal.
Uma mola espiral, por exemplo, precisa ser submetida a tratamento
térmico para ser usada no sistema de suspensão de um veículo. Ao
ser comprimida, a mola acumula energia e, ao ser solta, ela se
estende de forma violenta. Portanto, a mola deve ter dureza,
elasticidade e resistência para suportar esses movimentos sem se
romper. Isso é conseguido por meio do tratamento térmico.
Para o tratamento térmico de uma peça de aço, procede-se da
seguinte forma:
• coloca-se a peça no forno com temperatura adequada ao tipo
de material;
• deixa-se a peça no forno durante o tempo estabelecido;
• desliga-se o forno e retira-se a peça, com auxílio de uma tenaz;
• coloca-se a peça numa bancada;
• deixa-se a peça resfriar em temperatura ambiente.
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O tratamento térmico provoca mudanças nas propriedades
mecânicas do aço. Essas mudanças dependem de três fatores:
• temperatura de aquecimento;
• velocidade de resfriamento;
• composição química do material.
Portanto, antes do tratamento térmico, é preciso conhecer as
características do aço, principalmente sua estrutura cristalina.
Estrutura cristalina
O aço se compõe de um aglomerado compacto de átomos
arranjados ordenadamente, denominado estrutura cristalina.
Na siderurgia, com a oxidação do ferro-gusa, produz-se o aço no
estado líquido. Na passagem do estado líquido para o sólido, os
átomos que compõem o aço vão se agrupando, à medida que a
temperatura diminui. Nesse processo de agrupamento, os átomos
vão se organizando de modo a assumir posições definidas e
ordenadas, formando figuras geométricas tridimensionais que se
repetem.
A esse conjunto de átomos,
que ocupam posições fixas e
formam
uma
estrutura,
denominamos célula unitária.
Durante o processo de solidificação, as células unitárias vão se
multiplicando, lado a lado, e formam uma rede cristalina.
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As células unitárias se organizam em três dimensões, apresentando um contorno de agregado de cristais irregulares. Esses
cristais recebem o nome de grãos, que são formados por milhares de células unitárias.
Os grãos podem ser observados melhor com auxílio de um
microscópio metalográfico. A figura, abaixo, ilustra uma peça de
aço de baixo teor de carbono, com a superfície polida e atacada
quimicamente ampliada muitas vezes.
As regiões claras e escuras, todas com contornos bem definidos
como se fossem uma colmeia, são os grãos.
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Sistema cristalino
No estado sólido, os átomos de um metal apresentam posições
diferentes, com a aparência de uma figura geométrica regular.
Cada metal tem uma estrutura específica. Mas pode acontecer de
vários metais apresentarem a mesma estrutura. Entre as diversas
formas de estrutura, vamos ver as três mais comuns.
• Reticulado cúbico de corpo centrado (CCC). Os átomos assumem uma posição no espaço, com forma de cubo. Oito átomos
estão nos vértices e um, no centro do cubo. Exemplos: o sódio,
o vanádio e o ferro (em baixa temperatura).
• Reticulado cúbico de face centrada (CFC). Os átomos ocupam
os vértices e os centros das faces do cubo. Exemplos: o cálcio,
o chumbo, o ouro e o ferro (em temperatura elevada).
• Reticulado hexagonal compacto (HC). Apresenta doze átomos
nos vértices de um prisma de base hexagonal, dois átomos nos
centros da base e mais três no seu interior. Exemplos: zinco e
titânio.
Teste sua aprendizagem. Faça os exercícios a seguir e confira
suas respostas com as do gabarito.
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Exercícios
Marque com X a resposta correta.
1. Um dos principais meios usados para modificar as propriedades do aço é:
a) ( ) força;
b) ( ) vapor;
c) ( ) calor;
d) ( ) água quente.
2. Para uma mola espiral suportar movimentos de compressão e
de distensão é necessário que ela seja submetida a:
a) ( ) usinagem;
b) ( ) tratamento térmico;
c) ( ) fundição;
d) ( ) modelagem.
3. O tratamento térmico depende dos seguintes fatores:
a) ( ) temperatura, tempo, resfriamento;
b) ( ) resistência, calor, tempo;
c) ( ) resfriamento, tempo, dureza;
d) ( ) tempo, dureza, calor.
4. Na passagem do estado líquido para o sólido, os átomos dos
metais formam uma figura geométrica chamada:
a) ( ) partícula unitária;
b) ( ) estrutura múltipla;
c) ( ) molécula irregular;
d) ( ) célula unitária.
5. Os cristais com contornos irregulares recebem o nome de:
a) ( ) rocha;
b) ( ) grão;
c) ( ) célula;
d) ( ) átomo.
8
Gabarito
1. c
2. b
3. a
4. d
5. b
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Aço
Um problema
O aumento ou a redução da dureza do aço depende do modo como
ele foi tratado termicamente. Uma fresa requer um tipo de tratamento térmico que a torne dura para a retirada de cavacos de um material. Outro exemplo: para que o aço adquira deformação permanente, como é o caso do forjamento, é necessário um tipo de tratamento
térmico que possibilite a mais baixa dureza a esse aço.
Temos, assim, duas situações opostas de alteração das propriedades do aço. Tais situações mostram a necessidade de se conhecer bem os constituintes do aço, antes de submetê-lo a um
tratamento térmico.
Constituintes do aço
Tomemos duas amostras de aço: uma com baixo teor de carbono
(0,1%) e outra com teor médio de carbono (0,5%). Vamos examinar, com o auxílio de um microscópio metalográfico, a estrutura
cristalina dessas duas amostras.
Ao observar a amostra
de baixo carbono, distinguimos grãos claros,
com
pouco
carbono,
em maior quantidade, e
grãos
escuros
com
bastante carbono.
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Ao observar a amostra de médio carbono, identificamos mais
grãos escuros que claros. Portanto, essa amostra contém mais
carbono. Os grãos escuros são mais duros e resistentes do que
os grãos claros.
Com o auxílio de um microscópio metalográfico, identificamos
dois constituintes da estrutura do aço: grãos claros, chamados
ferrita, e grãos escuros, chamados perlita.
A ferrita (grãos claros) apresenta uma estrutura cúbica de corpo
centrado (CCC). Os átomos que compõem essa estrutura se organizam bem juntos entre si, de modo que fica difícil a acomodação de
átomos de carbono na rede cristalina. A estrutura da ferrita consegue acomodar, no máximo, 0,025% de átomos de carbono.
Ampliando várias vezes o tamanho do grão escuro, vemos uma
seqüência de linhas ou lâminas claras e escuras. As lâminas cla-
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ras são de ferrita e as lâminas escuras recebem o nome de cementita.
A estrutura da cementita constitui-se de 12 átomos de ferro e 4
átomos de carbono. É, portanto, um carboneto de ferro com dureza elevada, responsável pela dureza do aço. É representada por
Fe3C.
A perlita (grãos escuros) é formada de lâminas alternadas com
88% de ferrita e 12% de cementita.
É possível melhorar as propriedades do aço, adicionando, durante sua fabricação, outros elementos químicos, como níquel, molibdênio, tungstênio, vanádio, crômio. Assim como um atleta necessita de vitaminas para melhorar seu desempenho, o aço precisa desses elementos químicos como “reforço vitamínico” para
melhorar suas propriedades.
Aquecimento do aço
Até agora estudamos o aço na temperatura ambiente. Entretanto,
o aço precisa ser colocado em forno para receber um tratamento
térmico.
O que acontece com o aço ao ser aquecido? No caso de um aço
que tenha, por exemplo, 0,4% de carbono, ocorre o seguinte:
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• numa temperatura de 300ºC, a estrutura do aço é igual à sua
estrutura na temperatura ambiente: ferrita (cor branca) e perlita
(cor preta);
• em temperatura de 760ºC, inicia-se uma transformação na estrutura do aço: a perlita se transforma em austenita e a ferrita
permanece estável;
• em temperatura de 850ºC, toda a estrutura do aço se transforma em austenita.
O gráfico ilustra uma região de mudança de fase num intervalo de
temperatura: a ferrita e a perlita se transformam em austenita. Essa região é chamada zona crítica: área em que as células unitárias de CCC se transformam em CFC, durante o aquecimento do
aço.
A austenita se forma na estrutura do aço submetido a temperatura elevada. Encontra-se na região acima da zona crítica, na zona
de austenitização, conforme se pode observar no gráfico. A austenita tem uma estrutura cúbica da face centrada (CFC), apresentando menor resistência mecânica e boa tenacidade. Não é magnética.
Resfriamento do aço
Numa temperatura de 850ºC, o aço apresenta um único constituinte, que é a austentita.
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O gráfico, a seguir, ilustra o que ocorre quando o aço com 0,4% de
carbono é retirado do forno e vai se resfriando lentamente até chegar
à temperatura ambiente.
Como você pode observar, ocorre o seguinte:
• em temperatura de 850ºC, a estrutura do aço é austenita;
• em temperatura de 760ºC, parte da austenita desaparece, dando lugar à ferrita - permanecem, na estrutura, portanto, ferrita e austenita;
• em temperatura de 700ºC, toda a austenita se transforma em ferrita e
perlita - portanto, o aço volta à sua estrutura inicial;
• em temperatura ambiente, a estrutura continua ferrita e perlita.
Se o aço for resfriado bruscamente (por exemplo, na água), ele
se transformará em martensita, um constituinte duro, que pode
ser visto com auxílio de microscópio metalográfico.
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Diagrama de equilíbrio ferro-carbono
As explicações dadas nesta aula, a respeito do que ocorre em um
tratamento térmico, basearam-se no diagrama de equilíbrio ferro-carbono, que você verá a seguir.
Descrição das linhas, zonas, variações térmicas, simbologia e outros itens empregados em nosso estudo.
Abcissa – Representa a escala horizontal, com a porcentagem
de carbono - por exemplo: 1% de C (99% Fe).
Ordenada – Representa as várias temperaturas.
Linhas A3 – Indica início da passagem da estrutura CFC para
CCC durante o resfriamento.
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Linha A1 – Indica o limite da existência de austenista; abaixo dessa linha, não temos austenita.
Acm – Indica o limite da quantidade de carbono dissolvido na
austenita;
Fe3C – É a fórmula do carboneto de ferro, chamado cementita.
Letras gregas:
γ (gama)
–
Símbolo de austenita.
α (alfa)
–
Símbolo de ferrita.
Exercícios
1. Podemos analisar a estrutura do aço com o auxílio de:
a) ( ) estetoscópio;
b) ( ) telescópio;
c) ( ) microscópio;
d) ( ) periscópio.
2. Os grãos escuros de uma amostra de médio carbono contêm:
a) ( ) menos ferro;
b) ( ) mais carbono;
c) ( ) pouco carbono;
d) ( ) mais ferro.
3. A estrutura do aço com 0,4% de carbono compõe-se de:
a) ( ) ferrita e perlita;
b) ( ) austenita;
c) ( ) cementita;
d) ( ) carboneto de ferro.
4. As lâminas claras da perlita recebem o nome de:
a) ( ) ferrita;
b) ( ) amentita;
c) ( ) austenita;
d) ( ) cementita.
15
Gabarito
1. c
2. b
3. a
4. a
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Preparação do aço para usinagem
Um problema
É comum pensar que, na fabricação de uma peça, o tratamento
térmico é feito na fase final do processo. Nem sempre é assim.
Dependendo do tipo de peça e dos fins a que ela se destina,
precisamos, primeiro, corrigir a irregularidade da estrutura metálica e reduzir as tensões internas que ela apresenta.
Uma estrutura macia, ideal para a usinagem do material, já
caracteriza um bom tratamento térmico. Os grãos devem apresentar uma disposição regular e uniforme.
Tensões internas
As tensões internas da estrutura do aço decorrem de
várias causas. Durante o processo de solidificação, a
região da superfície do aço se resfria com velocidade
diferente da região do núcleo. Essa diferença dá
origem a grãos com formas também diferentes entre
si, o que provoca tensões na estrutura do aço.
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Também surgem tensões nos processos de fabricação a frio, ou
seja, em temperatura ambiente. Quando se prensa uma peça, os
grãos de sua estrutura, que estavam mais ou menos organizados,
são deformados e empurrados pelo martelo da prensa.
Na laminação, os grãos são comprimidos uns contra os outros e
apresentam aparência de grãos amassados. Em ambos os casos,
isto é, na laminação e no forjamento, os grãos deformados não
têm a mesma resistência e as mesmas qualidades mecânicas dos
grãos normais.
As tensões internas começam a ser aliviadas (diminuídas) quando o aço atinge a temperatura ambiente. Porém, esse processo
levaria um longo tempo, podendo dar margem a empenamentos,
rupturas ou corrosão. Para evitar que isso ocorra é preciso tratar
o material termicamente.
Alívio de tensões
É necessário recozer o material para aliviar suas tensões, surgidas na solidificação e nos trabalhos de deformação a frio, soldagem ou usinagem.
No recozimento, a peça é aquecida lentamente no forno até uma
temperatura abaixo da zona crítica, por volta de 570ºC a 670ºC,
no caso de aços-carbono. Sendo um tratamento subcrítico, a
ferrita e a perlita não chegam a se transformar em austenita.
Portanto, aliviam-se as tensões sem alterar a estrutura do material.
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Após um período que varia de uma a três horas, a partir do início
do processo, o forno é desligado e a peça é resfriada no próprio
forno. Esse processo é conhecido como recozimento subcrítico.
Normalização
Em temperatura elevada, bem acima da zona crítica, os grãos de
austenita crescem, absorvendo os grãos vizinhos menos estáveis.
Esse crescimento é tão mais rápido quanto mais elevada for a
temperatura. Se o aço permanecer muitas horas com temperatura
um pouco acima da zona crítica (por exemplo 780ºC), seus grãos
também serão aumentados.
No resfriamento, os grãos de austenita transformam-se em grãos
de perlita e de ferrita. Suas dimensões dependem, em parte, do
tamanho dos grãos de austenita.
Uma granulação grosseira torna o material quebradiço, alterando
suas propriedades mecânicas. As fissuras (trincas) também se
propagam mais facilmente no interior dos grãos grandes. Por
isso, os grãos mais finos (pequenos) possuem melhores propriedades mecânicas.
A normalização consiste em refinar (diminuir) a granulação
grosseira da peça, de modo que os grãos fiquem numa faixa de
tamanho considerada normal.
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No processo de normalização, a peça é levada ao forno com
temperatura acima da zona crítica, na faixa de 750ºC a 950ºC. O
material se transforma em austenita. Depois de uma a três horas,
o forno é desligado. A peça é retirada e colocada numa bancada,
para se resfriar.
A estrutura final do aço passa
a
apresentar
grãos
finos,
distribuídos de forma homogênea.
Recozimento pleno
Quando uma peça sai do processo inicial de fabricação - fundição, prensagem, forjamento, laminação - terá de passar por
outros processos mecânicos antes de ficar pronta. Um eixo, por
exemplo, precisa ser usinado, desbastado num torno, perfurado.
O aço deve estar macio para ser trabalhado.
Por meio do recozimento pleno do aço é possível diminuir sua dureza, aumentar a ductibilidade, melhorar a usinabilidade e ajustar
o tamanho do grão. Também são eliminadas as irregularidades
resultantes de tratamento térmico ou mecânico, sofridas anteriormente.
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O tratamento consiste em aquecer o aço num forno, numa temperatura acima da zona crítica. Após certo tempo, o forno é desligado e a peça é resfriada no seu interior.
Aços-carbono
ABNT (AISI)
Temperatura de
Austenização ºC
Ciclo de resfriamento*
de até
Faixa de dureza
(Brinell)
1020
855º - 900º
855º
700º
111 - 149
1025
855º - 900º
855º
700º
111 - 149
1030
840º - 885º
840º
650º
126 - 197
1035
840º - 885º
840º
650º
137 - 207
1040
790º - 870º
790º
650º
137 - 207
1045
790º - 870º
790º
650º
156 - 217
1050
790º - 870º
790º
650º
156 - 217
1060
790º - 840º
790º
650º
156 - 217
1070
790º - 840º
790º
650º
167 - 229
1080
790º - 840º
790º
650º
167 - 229
1090
790º - 830º
790º
650º
167 - 229
1095
790º - 830º
790º
650º
167 - 229
*Resfriamento a 25ºC/h, no interior do forno.
Esferoidização
Esferoidização significa dar forma de esfera à cementita. Trata-se
de um processo indicado para aços de alto teor de carbono, que
têm mais cementita do que os aços de médio e baixo carbono. A
cementita assume forma de glóbulos (esferas) que permitem
reduzir bastante a dureza do aço. Desse modo, pode-se economizar material durante a usinagem de aços com elevado teor de
carbono.
O processo de esferoidização pode ocorrer de duas maneiras:
• Aquecimento e resfriamento
alternados entre temperaturas que estejam logo acima e
logo abaixo da linha de transformação inferior da zona
crítica.
• Aquecimento
por
tempo
prolongado em temperatura
logo abaixo da zona crítica.
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Exercícios
1. A presença de grãos com tamanhos e formas diferentes na
estrutura do aço dá origem a:
a) ( ) rupturas;
b) ( ) rugosidade;
c) ( ) tensões internas;
d) ( ) desequilíbrio.
2. Para aliviar tensões internas do aço, usa-se o seguinte meio:
a) ( ) usinagem;
b) ( ) resfriamento;
c) ( ) prensagem;
d) ( ) recozimento.
3. Para refinar uma granulação grosseira, usa-se o seguinte
procedimento:
a) ( ) raspagem;
b) ( ) normalização;
c) ( ) usinagem;
d) ( ) aquecimento.
4. O recozimento pleno consiste em aquecer o aço em temperatura:
a) ( ) abaixo da zona crítica;
b) ( ) no limite da zona crítica;
c) ( ) acima da temperatura ambiente;
d) ( ) acima da zona crítica.
21
Gabarito
1. c
2. d
3. b
4. d
22
Endurecimento do aço
Um problema
Várias brocas foram devolvidas ao fabricante porque elas haviam
se desgastado no primeiro uso.
O supervisor da fábrica descobriu a falha da fabricação das brocas: elas não tinham recebido tratamento correto. O lote foi recolhido e retrabalhado, ficando evidente a importância do tratamento
térmico.
Têmpera
Houve um grande avanço tecnológico quando o homem descobriu
como conferir dureza ao aço. Os dentes da engrenagem, o engate do trem, o amortecedor do carro, as brocas devem ser fabricados com aço endurecido, para suportarem os esforços a que são
submetidos.
A têmpera é um processo de tratamento térmico do aço destinado
à obtenção de dureza. Uma têmpera feita corretamente possibilita
vida longa à ferramenta, que não se desgasta nem se deforma
rapidamente.
O processo consiste em aquecer o aço num forno com temperatura
acima da zona crítica. Para o aço-carbono, a temperatura varia de
750º a 900ºC. A peça permanece nessa temperatura o tempo necessário para se transformar em austenita. O que distingue essa
forma de tratamento é o seu processo de resfriamento. A peça é retirada do forno e mergulhada em água. A temperatura cai de 850ºC
para 20ºC. Trata-se de um resfriamento brusco.
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Quando a austenita é resfriada muito rapidamente, não há tempo
para que se transformar em ferrita, cementita ou perlita. A austenita se transforma num novo constituinte do aço chamado martensita.
Vimos que ao aquecer o aço acima da zona crítica, o carbono da
cementita (Fe3C) dissolve-se em austenita. Entretanto, na temperatura ambiente, o mesmo carbono não se dissolve na ferrita. Isso
significa que os átomos de carbono se acomodam na estrutura
CFC de austenita, mas não se infiltram na estrutura apertada CCC - da ferrita.
No resfriamento rápido em água, os átomos de carbono ficam
presos no interior da austenita. Desse modo, os átomos produzem considerável deformação no retículo da ferrita, dando tensão
ao material e aumentando sua dureza.
Vamos fazer uma experiência. Pegue um pedaço de aço, de
qualquer tamanho, com espessura de 20mm, com teor de carbono entre 0,4% e 0,8%. Ligue um forno na temperatura de 850ºC e
aguarde. Enquanto isso, verifique a dureza do material, antes do
tratamento.
Agora coloque a peça no forno e deixe-a por 40 minutos. Decorrido esse tempo, retire-a com uma tenaz e submeta-a a resfriamento imediato em água.
Verifique a dureza do material tratado. Percebeu a diferença?
Pois bem, você realizou um tratamento de têmpera.
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Cuidados no resfriamento
O resfriamento brusco provoca o que se chama de choque térmico, ou seja, o impacto que o material sofre quando a temperatura
a que está submetido varia de um momento para outro, podendo
provocar danos irreparáveis ao material. Mas o resfriamento brusco é necessário à formação da martensita. Assim, dependendo da
composição química do aço, podemos resfriá-lo de forma menos
severa, usando óleo ou jato de ar.
Revenimento
O tratamento de têmpera provoca mudanças profundas nas propriedades do aço, sendo que algumas delas, como a dureza, a
resistência à tração, atingem valores elevados. Porém, outras
propriedades, como a resistência ao choque e o alongamento, ficam com valores muito baixos, e o material adquire uma apreciável quantidade de tensões internas. Um aço nessa situação é inadequado ao trabalho.
Para corrigir suas tensões, é preciso revenir o material. O revenimento tem a finalidade de corrigir a dureza excessiva da têmpera,
aliviar ou remover as tensões internas. O revenimento é, portanto,
um processo sempre posterior à têmpera.
Logo após a têmpera, a peça é levada ao forno, em temperatura
abaixo da zona crítica, variando de 100ºC a 700ºC, dependendo
da futura utilização do aço. Decorrido algum tempo (de uma a três
horas), retira-se a peça do forno e deixa-se que ela resfrie por
qualquer meio.
Vamos fazer uma segunda experiência. Faça revenimento de dois
aços já temperados, um a 150ºC de temperatura e o outro a
550ºC, ambos durante 2 horas no forno. Depois de retirar a peça
do forno, vamos fazer o ensaio de dureza. O revenido da peça em
baixa temperatura apresenta pequena diferença de dureza, comparada com o valor do temperado. Já o revenido na peça aquecida em alta temperatura apresenta grande queda de dureza. Isso
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demonstra que quanto mais alta a temperatura de revenimento
maior será a queda da dureza de têmpera.
Tratamento isotérmico
Na aula anterior, vimos que as transformações da austenita em
ferrita, cementita e perlita ocorriam numa velocidade muito lenta
de esfriamento (ar ou forno). Entretanto, se aumentarmos essa
velocidade, ocorrerá um atraso no início da transformação da
austenita, devido à inércia própria de certos fenômenos físicos,
mesmo que a temperatura esteja abaixo da linha A1 (abaixo da
zona crítica).
O diagrama, a seguir, indica as transformações da austenita em
diferentes velocidades de esfriamento.
Para ficar mais claro, vamos dar uma olhada no diagrama TTT Tempo, Temperatura e Transformação.
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A interpretação é a seguinte:
• curvas - representam o início e o fim de transformação da austenita.
• cotovelo - parte central das curvas com transformações abaixo
do cotovelo, obtêm-se perlita, ferrita e cementita. Como transformações abaixo do cotovelo, obtêm-se bainita e martensita.
Austêmpera
Esse tratamento é adequado a aços de alta temperabilidade (alto
teor de carbono).
A peça é aquecida acima da zona crítica, por certo tempo, até
que toda a estrutura se transforme em austenita (posição 1). A
seguir, é resfriada bruscamente em banho de sal fundido, com
temperatura entre 260ºC e 440ºC (posição 2). Permanece nessa
temperatura por um tempo, até que sejam cortadas as duas curvas (posição 3), ocorrendo transformação da austenita em bainita.
Em seguida, é resfriada ao ar livre (posição 4).
A dureza da bainita é de, aproximadamente, 50 Rockwell C e a
dureza da martensita é de 65 a 67 Rockwell C.
Para ficar mais claro o tratamento por austêmpera, segue o diagrama TTT - tempo, temperatura, transformação.
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A interpretação é a seguinte:
• acima de 750ºC: campo da austenita;
• curva à esquerda (i), curva de início de transformação da austenita em perlita ou bainita;
• curva à direita (f), curva de fim de transformação;
• Mi – início de transformação da austenita em martensita;
• Mf – fim de transformação.
Martêmpera
A martêmpera é um tipo de tratamento indicado para aços-liga
porque reduz o risco de empenamento das peças. O processo é
ilustrado no diagrama, a seguir.
A peça é aquecida acima da zona crítica para se obter a austenita
(posição 1). Depois, é resfriada em duas etapas. Na primeira, a peça é mergulhada num banho de sal fundido ou óleo quente, com
temperatura um pouco acima da linha Mi (posição 2). Mantém-se a
peça nessa temperatura por certo tempo, tendo-se o cuidado de
não cortar a primeira curva (posição 3). A segunda etapa é a do
resfriamento final, ao ar, em temperatura ambiente (posição 4).
A martensita obtida apresenta-se uniforme e homogênea, diminuindo riscos de trincas.
Após a mantêmpera é necessário submeter a peça a revenimento.
27
Exercícios
1. Para aumentar a dureza e a resistência à tração dos metais
ferrosos, usa-se o tratamento térmico de:
a) ( ) fundição;
b) ( ) têmpera;
c) ( ) aquecimento;
d) ( ) resfriamento.
2. O processo da têmpera consiste em aquecer o aço à temperatura:
a) ( ) normal, de 20ºC;
b) ( ) elevada, próxima a 100ºC;
c) ( ) acima da zona crítica;
d) ( ) dentro da zona crítica.
3. Para corrigir a excessiva dureza do aço provocada pela têmpera, usa-se o processo de:
a) ( ) martêmpera;
b) ( ) austêmpera;
c) ( ) normalização;
d) ( ) revenimento.
4. O constituinte da têmpera é:
a) ( ) perlita;
b) ( ) cementita;
c) ( ) martensita;
d) ( ) ferrita.
5. Um aço endurecido por têmpera deve ser resfriado por meio de:
a) ( ) ar;
b) ( ) forno;
c) ( ) água;
d) ( ) cinzas.
28
Gabarito
1. b
2. c
3. d
4. c
5. c
29
Tratamento termoquímico
Um problema
Muitas vezes, peças como coroas, pinhões, rolamentos, eixos de
deslizamentos e rotativos, dentes de engrenagem, ferramentas de
corte e roscas sem-fim apresentam pouca resistência ao desgaste e vida útil curta porque não receberam um reforço de carbono
durante a fabricação do aço.
Tratamento termoquímico
Vimos que os processos de tratamento térmico não alteram a
composição química do aço, ou seja, o material inicia o tratamento com 0,6% de carbono e termina com 0,6% de carbono Entretanto, às vezes, é necessário submeter o aço a modificações parciais em sua composição química para melhorar as propriedades
de sua superfície. Essas modificações são obtidas por meio de
tratamento termoquímico.
Esse tratamento tem como objetivo principal aumentar a dureza e
a resistência do material ao desgaste de sua superfície e, ao
mesmo tempo, manter o núcleo dúctil (macio) e tenaz.
Cementação
A cementação consiste em introduzir maiores quantidades de
carbono em superfícies de aço com baixos teores de carbono.
Por isso, é indicada para aços-carbono ou aços-ligas cujo teor original de carbono seja inferior a 0,25%. A cementação aumenta
esse teor até valores em torno de 1%, assegurando uma superfície dura e um núcleo tenaz.
30
Peças fabricadas em aço com porcentagem média ou alta de carbono, e que vão sofrer operações severas de dobramento, tendem a
se trincar. Porém, se elas forem confeccionadas com aço de baixo
carbono (SAE 1010) e, depois, forem conformadas e cementadas,
teremos um bom resultado sem que as peças corram o risco de se
trincar. A cementação pode ser sólida, gasosa, líquida.
Cementação sólida
Nesse tipo de cementação, a peça é colocada em uma caixa de aço
contendo substâncias ricas em carbono: carvão de lenha, coque,
carbonato de cálcio e óleo de linhaça. Em seguida, a peça é levada
ao forno, a uma temperatura em torno de 930°C, durante o tempo
necessário para obtenção da camada desejada. Depois, submetese a peça à têmpera para que ela adquira dureza.
O tempo de permanência no forno pode variar de uma a trinta horas, e a camada comentada varia de 0,3mm a 2,0mm.
Cementação gasosa
É o processo mais eficiente porque permite cementar as peças
com maior uniformidade e com economia de energia. Utiliza gás
propano (gás de cozinha) ou gás natural para a geração de car31
bono. A temperatura varia de 850°C a 950°C. Após a cementação, o aço é temperado em óleo.
Cementação líquida
Nesse processo são utilizados sais fundidos, ricos em carbono,
principalmente os sais à base de cianeto e de carbonato. A temperatura deve ser de 930°C a 950°C. Nessa temperatura, os sais
se tornam líquidos, pois se fundem por volta de 650°C.
Em seguida, as peças preaquecidas a 400ºC são mergulhadas em
banho fundido. A função do preaquecimento é a de eliminar água e
evitar choque térmico. A peça deve ser resfriada em salmoura com
10 a 15% de cloreto de sódio (ClNa), ou em óleo de têmpera.
Ensaio de microdureza com
cinco
pontos
distintos, em um
aço 1010, cementado e temperado.
Distância da superfície
Microdureza Vickers
mm
(0,5)
Dureza Rockwell
convertida
(HRC)
0,1
679
60
0,5
613
56
1,0
222
(16)
1,5
204
(12)
3,0
204
(12)
32
Nitretação
Certas peças que trabalham em atrito permanente correm o risco
de se desgastar com facilidade. É o caso, por exemplo, do girabrequim, das camisas de cilindros, dos pinos, dos rotores, que
precisam ter alta resistência ao desgaste sob temperatura relativamente elevada. A peça pode adquirir esse nível de resistência
por meio da técnica chamada nitretação.
A nitretação é indicada na obtenção de peças com superfície de
maior dureza, para aumentar a resistência do desgaste, à fadiga, à
corrosão e ao calor. Os aços que melhor se prestam a esse tratamento são os nitralloy steels, que são aços que contêm cromo, molibdênio, alumínio e um pouco de níquel. Em geral, a nitretação é feita depois da têmpera e do revenimento. Assim, as peças nitretadas
não precisam de qualquer outro tratamento térmico, o que contribui
para um baixo índice de distorção ou empenamento.
A nitretação pode ser feita a gás ou em banho de sal.
Nitretação a gás
A temperatura conveniente para o trabalho é de 500ºC a 530ºC, e
sua duração varia de quarenta a noventa horas. Nessa temperatura, a amônia (NH3) é decomposta, e o nitrogênio, na camada
superficial da peça, atinge uma profundidade de até 0,8mm.
A camada da superfície metálica passa a se constituir de nitretos
de ferro, cromo, molibdênio, níquel, sendo que os nitretos têm elevada dureza.
Decorrido o tempo de aquecimento no forno, as peças são retiradas e resfriadas ao ar.
Nitretação em banho de sal
A nitretação também pode ser realizada em meio líquido. Nesse
caso, as peças são mergulhadas num banho de sais fundidos,
que são as fontes de nitrogênio. O processo é mais rápido que o
anterior. As peças permanecem no banho apenas de duas ou três
horas numa temperatura que varia de 500ºC a 580ºC.
33
Carbonitretação
Esse processo consiste em introduzir carbono e nitrogênio na superfície do aço. O processo pode ser realizado em fornos de banhos de
sal ou de atmosfera controlada (a gás). A superfície da camada carbonitretada adquire dureza e resistência ao desgaste.
A temperatura do processo varia de 705ºC a 900ºC, com uma duração
de duas horas. Após esse tempo, as peças são resfriadas em água ou
óleo. Obtém-se uma camada com espessura de 0,07 a 0,7mm.
A carbonitretação é usada, geralmente, em peças de pequeno
porte, como componentes de máquina de escrever, carburadores,
relógios, aparelhos eletrodomésticos.
Teste sua aprendizagem. Faça os exercícios a seguir.
Exercícios
1. O tratamento termoquímico tem como objetivo principal:
a) ( ) dar ductibilidade ao aço;
b) ( ) aumentar a dureza e a resistência ao desgaste;
c) ( ) melhorar a usinabilidade;
d) ( ) aumentar a resistência à tração.
2. A cementação é indicada para aços com teor de carbono inferior a:
a) ( ) 0,75%;
b) ( ) 0,45%;
c) ( ) 0,05%
d) ( ) 0,25%’.
34
3. O material usado na cementação sólida contém:
a) ( ) carvão vegetal, coque, carbonato de cálcio, óleo de
linhaça;
b) ( ) carvão vegetal, alcatrão, cianeto de cálcio, óleo de linhaça;
c) ( ) carvão vegetal, sal, óleo de linhaça, catalizador;
d) ( ) carvão vegetal, óleo mineral, carbonato de cálcio, óleo de linhaça.
4. A cementação mais eficiente e com camada uniforme é:
a) ( ) líquida;
b) ( ) sólida;
c) ( ) gasosa;
d) ( ) plasmática.
5. Na cementação líquida, o sal se funde, normalmente, a:
a) ( ) 1.000ºC;
b) ( ) 200ºC;
c) ( ) 100ºC;
d) ( ) 650ºC.
6. Na nitretação a gás, usa-se como gerador de nitrogênio:
a) ( ) cianeto de sódio;
b) ( ) ar;
c) ( ) amônia;
d) ( ) cianeto de potássio.
35
Gabarito
1. b
2. d
3. a
4. c
5. d
6. c
36
Endurecimento de superfícies metálicas
Um problema
Ao observarmos uma grande engrenagem em funcionamento, reparamos que seus dentes sofrem grandes desgastes e fortes
compressões. Precisam, portanto, dureza e resistência ao desgaste. Como proceder para o aço obter essas propriedades? Se o
núcleo da engrenagem não for tenaz e dúctil, não suportará o esforço, podendo trincar.
No endurecimento total, por meio de têmpera, o aço adquire dureza e resistência. Porém, ficam reduzidas sua ductilidade e tenacidade. Além disso, o aço apresenta tensões internas. É necessário, portanto, endurecer apenas a superfície do aço, deixando seu
núcleo dúctil e tenaz. Para isso, é preciso uma têmpera superficial.
Têmpera superficial
Os processos usuais de têmpera superficial são desenvolvidos
por chama ou por indução.
Têmpera por chama
Para que a têmpera por chama apresente bom resultado é necessário que o material passe, antes, por um tratamento de normalização. Assim, a peça terá uma granulação fina (grãos pequenos) e ficará homogênea.
O tratamento aplica-se, geralmente, a peças de tamanho grande
ou de formato complexo, que não podem ser temperadas em forno de câmara ou em banho de sal.
36
A principal característica desse tratamento é que o aquecimento se
faz com maçarico oxiacetilênico com chama semicarburante. A temperatura deve ficar acima da zona crítica. Após o aquecimento, a
peça é resfriada por jato d’água ou por imersão em óleo.
Um ensaio de dureza mostra a grande diferença de dureza entre
a superfície e o núcleo. Também distinguimos, a olho nu, as duas
regiões em estudo após polimento e ataque químico: a região
temperada é escura e a não temperada é clara.
A têmpera superficial pode ser feita pelos métodos estacionário,
progressivo ou combinado.
O método estacionário consiste em aplicar a chama na peça,
até que ela alcance uma temperatura de cerca de 800ºC. A chama move-se sobre a área que será endurecida. O resfriamento é
imediato na água ou no óleo. Todo o processo é manual.
Com o método progressivo, a peça se move e o maçarico permanece fixo. O resfriamento é feito logo após a chama ter aquecido a superfície da peça.
37
No método combinado, a peça e o maçarico movem-se simultaneamente. Este método requer o uso de máquinas ou dispositivos
especiais. É aplicado, geralmente, em peças cilíndricas e de
grande tamanho.
A dureza final obtida varia de 53 a 62 Rockwell C. A espessura da
camada endurecida pode atingir até 10mm, dependendo da composição do aço e da velocidade de deslocamento da chama.
Têmpera por indução
O aquecimento indutivo baseia-se no princípio da indução eletromagnética. Segundo esse princípio, um condutor de eletricidade
(no caso, a peça metálica que será aquecida) é colocado sob a
ação de um campo eletromagnético e desenvolve uma corrente
elétrica induzida. O aquecimento é feito por meio da corrente que
circula através da peça e da resistência que o material oferece à
sua passagem.
Basicamente, uma unidade para aquecimento indutivo compõe-se
de um aparelho de alta freqüência e de uma bobina de trabalho. A
bobina é feita de tubo fino de cobre, com uma ou mais espiras, e
toma a forma da área da peça que se deseja aquecer.
38
A freqüência da corrente alternada, aplicada à bobina de trabalho,
influi no grau de aquecimento. Por exemplo: alta freqüência, pequena profundidade; baixa freqüência, grande profundidade. Na
prática, emprega-se a freqüência de 450 Khz na maioria das aplicações.
A peça é colocada numa bobina em que circula uma corrente elétrica de alta freqüência. Dentro da bobina indutora, é gerado um
forte campo eletromagnético. A resistência que a peça oferece à
passagem desse campo provoca o aquecimento da superfície até
uma temperatura acima da zona crítica. Imediatamente após o
aquecimento, a peça é resfriada por jatos de água ou de óleo. Na
superfície, forma-se martensita.
Após a têmpera superficial, é necessário revenir a camada endurecida. O revenimento pode ser feito, também, com aquecimento
por indução, seguido de resfriamento lento.
A vantagem da têmpera por indução é que ela permite um controle bastante preciso da profundidade da camada que recebe o tratamento. Portanto, trata-se de um processo mais preciso e seguro
do que o da têmpera por chama. É largamente empregado na fabricação de peças de grande responsabilidade, como eixos e engrenagens.
39
Exercícios
1. A finalidade da têmpera superficial é:
a) ( ) dar ductilidade ao aço;
b) ( ) aliviar tensões;
c) ( ) aumentar a resistência à corrosão;
d) ( ) dar dureza ao aço.
2. Após sofrer tratamento de têmpera superficial, a região central
da peça apresenta a característica de:
a) ( ) dureza;
b) ( ) ductibilidade;
c) ( ) tensão;
d) ( ) resistência.
3. O aquecimento por chama é empregado no tratamento de:
a) ( ) peças delicadas;
b) ( ) peças de grande tamanho;
c) ( ) materiais tóxicos;
d) ( ) materiais flexíveis.
4. O aquecimento indutivo baseia-se no princípio da indução:
a) ( ) elétrica;
b) ( ) eletrônica;
c) ( ) eletromagnética;
d) ( ) eletroquímica.
5. Para o aquecimento indutivo, são necessários:
a) ( ) aparelho de alta freqüência e bobina;
b) ( ) bobina e aparelho de freqüência reduzida;
c) ( ) aparelho de baixa freqüência;
d) ( ) gerador de voltagem.
40
Gabarito
1. d
2. b
3. b
4. c
5. a
41
Pirometria
Um problema
Quando e por que é necessário medir a temperatura durante um
tratamento térmico? Em várias atividades, as medições de
temperatura são necessárias e devem ser constantes, como
acontece na culinária, na saúde, no artesanato, na metalurgia.
Os efeitos da variação de temperatura provocam alterações
internas nos materiais, modificando suas propriedades. Por isso,
é necessário um rigoroso controle da temperatura durante o
processo de tratamento térmico.
Conceitos
Para melhor entendimento, vamos examinar os conceitos de
temperatura e calor.
Temperatura
Grandeza física que indica o estado de agitação das partículas de
um corpo e seu nível térmico. A agitação das partículas aumenta
à medida que o corpo vai ficando mais quente.
Calor
Energia térmica que flui entre dois corpos ou sistemas que
apresentam temperaturas diferentes.
41
Vimos que, para mexer na estrutura cristalina do aço, precisamos
aquecê-lo, sem, contudo, fundi-lo. Portanto, uma vez definida a
temperatura de tratamento, vamos à oficina e ligamos o forno.
Verificamos que o pirômetro, além de ligar o equipamento, mede
as variações térmicas em seu interior.
O pirômetro é uma espécie de termômetro que mede temperaturas elevadas. O pirômetro classifica-se em dois grupos: um que
mantém uma de suas partes no interior do forno, portanto em
contato com o meio; e outro que faz a medição à distância. O
primeiro grupo é conhecido como pirômetro termoelétrico e o
segundo grupo é conhecido como pirômetro óptico e de radiação.
A escala de pirômetros corresponde a um conjunto de valores
numéricos, sendo que cada um desses valores está associado a
uma temperatura. Esse equipamento pode ter sua escala em
graus Celsius ou em graus Fahrenheit. Usamos a fórmula abaixo
para passar de uma escala a outra:
C
5
=
F − 32
9
Pirômetro termoelétrico
Quando dois fios de metais ou ligas diferentes estão soldados
entre si por uma de suas extremidades, surge uma diferença de
potencial entre as duas outras extremidades livres quando as
extremidades soldadas sofrem o aquecimento. Os fios, assim
soldados, denominam-se par termoelétrico.
42
Devem-se empregar, portanto, fios de metais ou ligas que proporcionem uma grande diferença de potencial, a fim de facilitar a
medida da temperatura. O quadro, a seguir, mostra os pares
termoelétricos mais usados em pirometria.
Par termoelétrico
Faixa de uso
Composição química
Pt - Pt Rh
O a 15OOºC
Fe - Constantan
O a 98OºC
ferro - constantan (cobre e níquel)
Cu - Constantan
200 a 35OºC
cobre - constantan (cobre e níquel)
Cromel - Alumel
200 a 1300ºC
cromel (cromo e níquel)
platina - platina (90%) e ródio (10%)
alumel (níquel, manganês, alumínio e
silício)
Pirômetro óptico e de radiação
Muitas vezes, o operador de forno precisa verificar a temperatura
do material no estado líquido (como, por exemplo, o ferro-gusa),
antes ou após a corrida (vazamento). A medida da temperatura
deve ser feita sem contato com o banho. Portanto, o pirômetro
óptico é o instrumento mais indicado.
43
A verificação da temperatura consiste em comparar o brilho do
filamento incandescente de uma lâmpada com o brilho do aço
aquecido acima de 700ºC.
A figura mostra, esquematicamente, o pirômetro óptico de desaparecimento do filamento. Para usá-lo, deve-se ajustar a ocular
de modo que o filamento da lâmpada fique em foco. A seguir,
focaliza-se o aço, ajustando a objetiva na temperatura que será
determinada. Com auxílio do reostato, faz-se coincidir o brilho do
filamento com o objeto enfocado, e lê-se o valor da temperatura.
Os pirômetros ópticos servem para medir temperaturas de 700 a
2.000ºC. Abaixo de 700ºC, tornam-se inúteis, pois a luz emitida
pelo aço não é suficientemente visível para a medição.
Os pirômetros de radiação medem a temperatura do corpo a
partir da intensidade da radiação que ele emite. Diferem dos
pirômetros ópticos porque conseguem captar tanto a energia
radiante visível quanto as radiações não visíveis.
44
Durante o uso do pirômetro óptico ou de radiação, deve-se
considerar a possibilidade de erros devido a vários fatores que
interferem na observação: a luz do ambiente, a casca de óxido
que se forma no material, ou a escória, no caso de material
líquido.
Exercícios
1. É necessário medir temperaturas durante um tratamento
térmico porque elas sofrem:
a) ( ) quedas;
b) ( ) variações;
c) ( ) elevações;
d) ( ) resfriamento.
2. À medida que um corpo vai ficando quente, ocorre:
a) ( ) endurecimento das partículas;
b) ( ) redução da agitação das partículas;
c) ( ) precipitação das partículas;
d) ( ) aumento da agitação das partículas.
3. Para medir temperatura elevada de aço, usa-se:
a) ( ) termômetro;
45
b) ( ) potenciômetro;
c) ( ) pirômetro;
d) ( ) gasômetro.
4. Para medir temperaturas de 700ºC a 2.000ºC de material em
estado líquido, usa-se:
a) ( ) pirômetro óptico;
b) ( ) termômetro;
c) ( ) pirômetro termoelétrico;
d) ( ) pluviômetro.
5. Para medir temperaturas a partir de radiações emitidas por
um corpo, usa-se o pirômetro:
a) ( ) óptico;
b) ( ) termoelétrico;
c) ( ) de radiação;
d) ( ) termodinâmico.
46
Gabarito
1. b
2. d
3. c
4. a
5. c
47
Novas tendências
Um problema
A descrição feita até aqui dos processos e dos equipamentos de
tratamento térmico são passíveis de contínuas modificações, para
serem aperfeiçoados de acordo com o desenvolvimento de novas
tecnologias.
O avanço tecnológico, portanto, exige constante atualização teórica e prática na área de tratamento térmico. Essa atualização, por
sua vez, requer conhecimento das novas tendências no campo da
mecânica, em especial, na área de tratamento de materiais.
Tal avanço tecnológico, resultado de muita pesquisa, é próprio de
qualquer nação que investe no futuro. Com o desenvolvimento
tecnológico obtém-se melhoria de processos e formas de tratamento térmico, de modo que os materiais passem a apresentar
novas propriedades, com qualidade. Cada vez mais utiliza-se a
energia elétrica para os trabalhos e procura-se preservar o meio
ambiente.
Tratamento térmico a vácuo e de nitretação a plasma
No final da década de 1970, surgiu o tratamento térmico a vácuo,
chamado têmpera a vácuo, que passou a ser bastante usado
devido à possibilidade que oferece de reduzir os problemas de
distorção e de descarbonetação, ocorrências comuns no emprego
de outros processos.
Têmpera a vácuo
Com a têmpera a vácuo, a superfície das peças ficam isentas de
reações superficiais danosas que ocorrem no tratamento térmico
47
com banhos de sais. O vácuo reduz, também, a presença de
qualquer impureza. O oxigênio restante reage ao grafite presente
no sistema de aquecimento e de isolação térmica, e forma
monóxido de carbono (CO), que é eliminado.
O vácuo consiste num espaço vazio, sem gases, vapores ou
partículas, sem a presença de pressão atmosférica que, ao nível
do mar (altitude zero) é de 760mmHg, correspondente a 1 bar.
O processo de têmpera a vácuo se desenvolve num forno-câmara
5
com temperatura de até 1.350ºC e com vácuo de até 10- mbar.
Adiciona-se um gás inerte para purificar o meio ambiente. O
resfriamento da carga é feito com nitrogênio, podendo-se alcançar
pressões de até 10 bar (pressão positiva). Todos os comandos do
forno são controlados por microcomputador.
O tratamento térmico em forno a vácuo é indicado para temperar
aços rápidos, aços para trabalho a frio ou a quente e aços inoxidáveis martensíticos.
Uma das características do
forno a vácuo é que ele é
intermitente
e,
portanto,
está sempre pronto para o
uso. Assim, ao encerrar um
ciclo, o forno é desligado, a
carga é retirada, e pode-se
reiniciar um novo ciclo com
nova carga.
Nitretação a plasma
A nitretação a plasma é um novo processo que vem atender, com
melhor eficiência, às inúmeras aplicações industriais em produtos
de aço, ferro fundido e ferro sintetizado. Tem como característica
principal a formação de uma camada nitretada, de espessura e
composição definidas, que não ocorre com outros processos de
nitretação.
48
O plasma pode ser descrito como uma mistura de partículas
neutras, positivas e negativas (átomos, moléculas, íons, elétrons)
num campo elétrico. O plasma é, pois, o meio de transporte do
nitrogênio que torna possível a nitretação.
O tratamento consiste em submeter uma mistura de gases, num
ambiente de vácuo, a uma tensão elétrica formada entre as
peças, que constituem o pólo negativo (o cátodo), e a parede da
retorta, que constitui o pólo positivo (o ânodo).
Esquema do equipamento de nitretação a plasma
As peças são primeiramente temperadas e revenidas como na
nitretação normal, e retificadas. A seguir, passam por uma boa
limpeza. Já no forno, forma-se o vácuo e injeta-se o gás de
tratamento (Ar, H2, CH4 , N2, ou ar) em pressão baixa. O processo
ocorre numa temperatura de 380ºC a 650ºC. De acordo com a
mistura de gás, podemos nitretar, nitrocarbonetar ou oxinitrocarbonetar, conforme indica o quadro:
Mistura
Produto final
nitrogênio e hidrogênio
nitretado
nitrogênio, hidrogênio e metano
nitrocarbonetado
nitrogênio, hidrogênio, metano e ar
oxinitrocarbonetado
Um programa de computador controla e monitora os parâmetros
do processo, como pressão, tempo, temperatura, tensão, corrente
e composição dos gases.
49
A nitretação a plasma é aplicada em matriz de injeção para
plástico, matriz para conformação a frio, engrenagens, anéis,
virabrequins etc.
Além de ser realizado em baixa temperatura (360ºC a 650ºC), o
processo permite controlar a espessura e a composição da camada
de compostos, o que constitui uma das suas principais vantagens.
A seqüência do processo é a seguinte:
50
Exercícios
1. Entende-se por vácuo:
a) ( ) presença de pressão;
b) ( ) ausência de potência;
c) ( ) ausência de oxigênio;
d) ( ) pressão atmosfera igual a zero (nula).
2. No processo de têmpera, cria-se vácuo de até:
a) ( ) 1 bar;
b) ( ) 0,1 bar;
c) ( ) 10-5 mbar;
d) ( ) 10 bar.
3. O processo de têmpera a vácuo é aplicado em aços:
a) ( ) para trilho;
b) ( ) especiais;
c) ( ) ao manganês;
d) ( ) inoxidáveis ferríticos.
4. Na nitretação a plasma, a tensão elétrica se forma entre:
a) ( ) a peça e os gases inertes;
b) ( ) os gases inertes e a parede da retorta;
c) ( ) a peça e a parede da retorta;
d) ( ) a parede da retorta e as resistências.
5. Para a realização da nitrocarbonetação, misturamos gases de:
a) ( ) N2 , H2 e ar;
b) ( ) H2 , ar e Ch4 ;
c) ( ) ar, CH4 e N2 ;
d) ( ) N2 , H2 e CH4 .
6. A principal vantagem do processo a plasma é:
a) ( ) limpeza dos processos;
b) ( ) controle da espessura e da composição da camada;
c) ( ) velocidade;
d) ( ) pouco consumo de sal.
51
Gabarito
1. d
2. c
3. b
4. c
5. d
6. b
52
Equipamentos
Um problema
Além de conhecer as propriedades dos materiais e os processos
de trabalho, um bom tratamento térmico requer equipamentos
adequados à sua realização. Isso significa equipamentos modernos e em boas condições de funcionamento, decorrentes de
manutenção periódica.
Encontramos equipamentos de tratamento térmico em laboratórios, oficinas e instalações industriais. Sua fonte de aquecimento
provém do óleo, do gás, ou da energia elétrica.
Os fornos, de modo geral, são de fácil manipulação. Quando bem
operados e assistidos com manutenção periódica, têm sua vida
útil prolongada.
Ao usar um simples forno de câmara, em sua escola, o estudante
estará aplicando conceitos teóricos e práticos. A indústria, que
tem por objetivo investir em qualidade e preço, já parte para os
modernos fornos a vácuo. Assim, de um simples forno manipulado diretamente ao forno mais complexo, comandado por um
programa de computador, sempre obtemos resultados semelhantes.
Equipamentos de laboratório
As escolas técnicas, o SENAI e as universidades têm em seus
laboratórios uma quantidade variada de estufas e fornos para
52
serem manipulados pelos alunos. São equipamentos de fácil
operação, seguros e de manutenção econômica. Com um par de
luvas, protetor facial e uma tenaz, temos acesso à câmara ou ao
cadinho, carregando ou descarregando o material.
Veja, a seguir, a descrição de alguns equipamentos.
Estufa
-
modelo
trata-se
com
de
um
aquecimento
elétrico, para temperaturas de
até 300ºC. Tem aplicações no
desenvolvimento de processos
que exigem baixa temperatura
como, por exemplo, no revenimento.
• Forno de câmara com circulação de ar - modelo com aquecimento elétrico, para temperaturas de até 1.300ºC. Usado em
diversos tratamentos térmicos.
• Forno de câmara com
porta versátil - quando
aberta, serve de plataforma
de trabalho. É prático e
seguro.
53
Todos os modelos têm uma carcaça construída com chapas de
aço-carbono, com espessura variada. O isolamento da carcaça
pode ser feito com lã de rocha ou com material cerâmico refratário, assegurando que o forno preserve o calor com um mínimo de
perda. Ao se abrirem as portas, os circuitos de resistência desligam-se automaticamente, o que permite efetuar, com segurança,
operações de carga e descarga.
Equipamentos de oficinas ou industriais
A empresa prestadora de serviço procura se servir de diferentes
meios de trabalho para realizar o tratamento térmico. Mas a
produção e a satisfação do cliente são alcançados de acordo com
a disponibilidade econômica.
Em oficinas ou indústrias, são utilizados os seguintes modelos de
fornos:
• com atmosfera controlada, protetora e/ou ativa;
• banhos de sal;
• a vácuo;
• de câmara sem atmosfera protetora.
Fornos com atmosfera controlada, protetora e/ou ativa
Esses fornos apresentam-se em três modelos: tipo de câmara,
poço e contínuo. Funcionam com gás inerte e/ou ativo.
54
Os fornos de câmara,
automáticos, apresentam diversos acessórios em seu interior, o
que permite que seu
operador
comande
todo o tratamento por
meio de um controlador
instalado
num
painel externo.
Externamente, um carro de transferência carrega e descarrega o
forno, e leva a carga para outro local. Desloca-se sobre trilhos,
transversalmente, à frente da linha de fornos.
Esse forno é indicado para tratamento de cementação, carbonitretação e têmpera.
O forno tipo poço é usado para tratamento de peças volumosas
ou engrenagens. Dispensa as instalações caras do forno anterior.
Para resfriar a carga, necessita de um tanque de resfriamento a
parte.
No forno de modelo contínuo, o material é acomodado em um
transporte, que pode ser uma esteira. O transportador conduz a
peça através do forno com velocidade predeterminada. No final
do percurso, as peças são mergulhadas em óleo, para se fazer a
têmpera. Outra esteira retira as peças do óleo e as conduz para
outro forno, onde serão revenidas.
Fornos de banhos de sal
Os fornos de banhos de sal têm grande aplicação no tratamento
de cementação e têmpera dos aços. Requerem aquecimento com
resistências elétricas ou com queimador a gás ou óleo.
Sua
limitação está no diâmetro do cadinho, que pode variar de 220 a
700mm. Ou seja, peças volumosas ou grandes não podem ser
submetidas a tratamento em banho de sal.
55
Forno elétrico
de cadinho para
nitretação em
banho de sal.
Forno com aquecimento por eletrodos. O aquecimento é realizado por
meio de eletrodos de aço, imersos no banho. Um transformador
acompanha o forno. A exaustão dos gases quentes, emanados do
banho, é feita por uma concha, situada na parte superior do forno.
Esse tipo de forno é indicado para tratamento de aços rápidos.
Fornos a vácuo
O vácuo é o melhor recurso para evitar oxidação, uma vez que há
ausência de atmosfera. O modelo de câmara é o mais indicado
para o tratamento térmico. Cria-se o vácuo, e um programa de
computador comanda todo o tratamento. Tem ampla aplicação no
tratamento de aços especiais.
56
Forno de câmara sem atmosfera protetora
A indústria de fornos tem uma linha de fornos fora da produção
em série que procura atender às necessidades específicas dos
clientes. Peças de grandes dimensões requerem fornos
com
grandes câmaras, além de um sistema de transporte em trilho
para carregar e descarregar o forno.
57
Exercícios
1. Para prolongar a vida útil dos fornos, é necessário que eles
sejam submetidos a:
a) ( ) aquecimento contínuo;
b) ( ) resfriamento esporádico;
c) ( ) manutenção periódica;
d) ( ) lavagem com água.
2. São considerados modernos os fornos:
a) ( ) de cerâmica;
b) ( ) úmidos;
c) ( ) de câmara;
d) ( ) a vácuo.
3. Para secar materiais e manter eletrodos, usa-se:
a) ( ) forno elétrico;
b) ( ) estufa;
c) ( ) banho de sal;
d) ( ) forno de câmara.
4. O forno com aquecimento elétrico, com temperatura de até
1.300ºC, denomina-se:
a) ( ) forno de câmara com circulação de ar;
b) ( ) forno a gás;
c) ( ) estufa para secagem;
d) ( ) estufa elétrica.
5. Os fornos têm uma carcaça de chapa de:
a) ( ) aço;
b) ( ) carbono;
c) ( ) tijolo;
d) ( ) cobre.
58
6. O isolamento da carcaça pode ser feito com lã de rocha ou
material:
a) ( ) ferroso;
b) ( ) cerâmico refratário;
c) ( ) platinado;
d) ( ) plástico.
7. Os fornos com atmosfera controlada (a gás) podem ser dos
tipos:
a) ( ) tanques, poço, contínuo;
b) ( ) contínuo, câmara, tambor;
c) ( ) poço, tanque, câmara;
d) ( ) câmara, contínuo, poço.
8. Para tratamento de cementação e têmpera de aço, usa-se
forno:
a) ( ) contínuo;
b) ( ) poço;
c) ( ) de banho de sal;
d) ( ) de câmara.
59
Gabarito
1. c
2. d
3. b
4. a
5. b
6. d
7. a
60
Tratamento de resíduos de sais e efluentes líquidos
Um problema
Após acumular determinada quantidade de resíduos de sais no
fundo da empresa, em área desprotegida, uma empresa foi
denunciada. O fiscal da Secretaria do Meio Ambiente, em sua
visita, mostrou o perigo dos resíduos para o meio ambiente e
orientou a maneira como eles deveriam ser acondicionados.
O tratamento dos resíduos de sais e efluentes líquidos é assunto
desta aula.
Resíduos de sais
A norma brasileira NBR 10004, da ABNT, classifica os sais de
têmpera como resíduos
de classe I, que são perigosos. Não
podem, portanto, ser jogados no solo ou na água. Além disso,
requerem tratamento especial.
Se não se dispuser de uma unidade de tratamento de neutralização dos sais usados, é necessário que eles sejam armazenados
temporariamente.
Os sais e seus resíduos devem ser estocados em tambores
fechados e em boas condições. Nos tambores, deve haver
identificação do conteúdo e da sua procedência.
Os resíduos sólidos e secos, provenientes dos diversos sais,
devem ser acondicionados separadamente, conforme o grupo a
59
que pertencem. Por exemplo: grupo I - cianetos, bário etc., ou
grupo II - nitritos, nitratos, soda cáustica na forma de grânulos ou
pedaços, com dimensão de até 10 cm. Os resíduos devem estar
livres de arames, peças metálicas e qualquer outro tipo de
material. A separação dos resíduos vai facilitar um futuro tratamento e proporcionar segurança durante o armazenamento.
Recomenda-se o acondicionamento em tambores de aço, secos
com capacidade de 200 litros. A carga precisa ser ensacada em
plástico e colocada no tambor. Este deverá ser tampado e cintado, e conter dispositivo de segurança para evitar abertura acidental. As tampas não devem ser soldadas ao tambor.
A identificação deve ser feita na parte externa do tambor, com
letras de 2,5 cm de altura. As letras devem ser escritas com tinta
a óleo. Na identificação, deve ficar claro se os resíduos são do
grupo I ou II, o nome da firma e o peso líquido. Os tambores
devem ser pintados de vermelho com inscrições em cor branca
para resíduos do grupo I, e de amarelo com inscrições em cor
preta para resíduos do grupo II.
A área de armazenamento precisa ser coberta, bem ventilada, e
seu piso deve ter uma base de concreto ou outro material que
impeça a infiltração das substâncias no solo. Há necessidade,
ainda, de um sistema de drenagem e de captação de líquidos
para um tanque.
Efluentes líquidos
Os efluentes líquidos, provenientes dos processos de tratamento
térmico e/ou termoquímico de metais, passam por uma estação
de tratamento de efluentes (ETE). Depois, esses efluentes são
descartados. Normalmente, eles são classificados em dois tipos:
efluentes líquidos ácidos e efluentes líquidos alcalinos.
Esses dois tipos de efluentes podem ser gerados de forma
contínua ou em batelada, sendo que os efluentes alcalinos podem
ou não conter cianetos.
60
Os efluentes líquidos ácidos provêm de operações de decapagem
e de lavagem posterior das peças. Os decapantes usuais são
feitos à base de ácido clorídrico, contendo inibidores.
Os efluentes líquidos alcalinos provêm de tanques de desengraxe, de tanques de lavagem de peças tratadas em banho de sal e
de máquinas de lavagem.
Os efluentes líquidos ácidos e básicos são coletados e remetidos
à ETE, separadamente. Essa medida é necessária para evitar a
reação dos ácidos entre si, formando produtos gasosos tóxicos
como, por exemplo, o gás cianídrico.
O processo de tratamento inicia-se com a oxidação dos cianetos
contidos nos efluentes. Uma vez eliminado o cianeto, o efluente
alcalino é neutralizado pelo efluente ácido até um pH que pode
variar de 8 a 9. Nesta etapa, ocorre precipitação de íons de ferro,
provenientes das peças metálicas submetidas a operações de
decapagem.
O bário é precipitado na forma de sulfato ao receber pequenas
quantidades de ácido sulfúrico ou sulfato de sódio.
Após a adição de um floculante, que tem a função de aglomerar
melhor os flocos da lama formada, a suspensão é transferida para
um tanque de adensador de lodo e, em seguida, o lodo aglomerado passa por um filtro-prensa.
A água filtrada é analisada e descartada, de acordo com a
legislação pertinente. A lama, ou lodo, é acondicionada em
tambores.
61
Exercícios
1. Os resíduos de sais de têmpera são do tipo:
a) ( ) classe I - perigosos;
b) ( ) classe II - não inertes;
c) ( ) classe III - inertes;
d) ( ) classe IV - pesados.
2. Os resíduos devem ser acondicionados da seguinte forma:
a) ( ) enterrados em valas;
b) ( ) ensacados em caixas plásticas;
c) ( ) ensacados em caixa de madeira;
d) ( ) ensacados em plástico e colocados em tambores de
aço.
3. Os efluentes líquidos classificam-se em:
a) ( ) alcalinos e metais pesados;
b) ( ) ácidos e alcalinos;
c) ( ) ácidos e hidróxidos;
d) ( ) ferrosos e alcalinos.
4. O tratamento de efluentes inicia-se com a oxidação do:
a) ( ) carbono;
b) ( ) cianeto;
c) ( ) ferro;
d) ( ) carboneto.
62
Gabarito
1. a
2. d
3. b
4. b
63
Departamento Regional de São Paulo
Tratamento de superfície
Escola SENAI”Luiz Scavone”
MÓDULOS ESPECIAIS
MECÂNICA
Módulos especiais - Mecânica
Material didático extraído do módulo “Tratamento de superfície”
telecurso profissionalizante 2000..
Trabalho elaborado pela
Divisão de Recursos Didáticos da
Diretoria de Educação do
Departamento Regional do SENAI-SP
Editoração eletrônica
Cleide Aparecida da Silva
Écio Gomes Lemos da Silva
CFP 1.12 - Escola SENAI “Ary Torres”
Rua Amador Bueno, 504 - Santo Amaro
04752-000 - São Paulo - SP TeleFax: (011) 523-2900
E-Mail: [email protected]
Tratamento de superfície de metais
Um problema
Os metais vêm sendo usados pelo homem desde o início da
civilização. Com o desenvolvimento da tecnologia, esse uso foi
sendo cada vez mais aperfeiçoado.
Apesar dos grandes benefícios que os metais proporcionam ao
homem e à indústria, existe o problema de que eles estão sujeitos
à corrosão.
Para solucionar esse problema é preciso aperfeiçoar os meios de
combate à corrosão. Esses meios consistem, principalmente, de
procedimentos relacionados ao tratamento das superfícies dos
metais.
Corrosão
Pode-se definir por corrosão como a destruição dos metais devido
às suas reações químicas e eletroquímicas num meio corrosivo.
Diz-se que um metal está se destruindo à medida que - pela ação
corrosão - ele vai perdendo suas propriedades e se transformando em outra substância denominada produto da corrosão.
Assim, quando o aço sofre corrosão, ele vai se transformando em
ferrugem, ou seja, óxido de ferro.
Portanto, é necessário evitar ou, no mínimo, controlar as reações
químicas e eletroquímicas dos metais. Caso contrário, eles se
estragam ou se tornam inutilizáveis, ocasionando prejuízos
3
financeiros. Mas o problema maior consiste no risco de acidentes
que põem muitas vidas em perigo.
O meio corrosivo
O meio corrosivo pode ser o próprio ambiente em que se
encontra o metal. Assim, o solo, a água e atmosfera tendem a
provocar a corrosão dos metais.
É comum a corrosão se manifestar de forma generalizada. Nesse
caso, ela é denominada corrosão uniforme. Esse tipo de corrosão é conhecido por todos nós. O ferro sob efeito da corrosão fica
com uma cor marrom avermelhada em toda sua superfície. Tratase do que se conhece como ferrugem, na qual a corrosão é
superficial. Mas existem outras formas de corrosão que atingem
profundamente o metal, de forma localizada, com poder destrutivo
mais grave.
Ciclo de obtenção e corrosão do ferro
O aço é um dos metais mais utilizados na mecânica pelo fato de
possuir propriedades que o tornam adequado a muitas aplicações. Porém, tem contra si o fato de ser facilmente corroído.
Combate à corrosão
Uma das formas de combater a corrosão consiste em evitar o
contato do metal com o meio corrosivo.
4
Pode-se, por exemplo, recobrir o metal com películas metálicas
ou orgânicas, de espessura e composição adequadas. Esse
recobrimento é feito por meio da metalização e da pintura.
O zinco é o metal mais indicado e mais utilizado para proteger o
aço contra a corrosão. Essa forma de proteção costuma ser feita
por meio de imersão a quente ou galvanização. Outro modo
emprega a corrente elétrica, e chama-se eletrodeposição ou
zincagem eletrolítica. Cada um desses processos tem vantagens e desvantagens que devem ser consideradas ao se decidir
pela sua escolha.
Todos esses processos modificam a superfície do metal. Por isso,
são conhecidos como formas de tratamento de superfície dos
metais.
Existem outras maneiras de modificar a superfície dos metais
com diferentes finalidades: decoração de peças, tratamento de
elementos de máquinas, tratamento de metais a serem usados na
fabricação de objetos etc.
Às vezes, é necessário modificar a superfície de um produto para
lhe dar um aspecto decorativo, tornando-o atraente e vendável. É
o caso de um anel que vai abrigar uma pedra preciosa e é,
inicialmente fundido em latão. Para evitar que ele fique manchado, é preciso tratar sua superfície, recobrindo-a com uma camada
de níquel e, depois, com uma camada de ouro.
Como ocorre a corrosão
Para melhor caracterizar a necessidade do tratamento de superfície dos metais, é preciso entender como ocorre o processo
corrosivo num metal como o aço, que é muito utilizado.
Como foi visto, o ferro é obtido no estado líquido. Ao ser resfriado,
as partículas de sua estrutura se agrupam em arranjos ordenados, formando cristais. Sabemos que o ferro obtido pelo processo
5
metalúrgico não é puro, e suas impurezas permanecem no
interior da massa que está se solidificando.
Essas impurezas se distribuem entre os cristais e ocasionam
alterações no metal obtido, principalmente em sua superfície.
Além disso, deformações nos cristais, provenientes de transformações mecânicas, também modificam a superfície dos metais.
Esquema de células de
corrosão com muitos ânodos
(A) e muitos cátodos (C)
Esquema de uma célula de corrosão
Devido a essas modificações, surgem, na superfície do metal,
regiões com cargas elétricas positivas e negativas. A presença de
um eletrólito – que é uma solução capaz de conduzir corrente
elétrica – é suficiente para iniciar um processo corrosivo no metal,
pois a solução fecha o contato entre os pólos positivo e negativo.
Na atmosfera, a umidade e os gases apresentam eletrólitos com
poder de desencadear a corrosão dos metais. Por isso é importante evitar eletrólitos na superfície do metal. E isso é conseguido
por meio da metalização ou da pintura da superfície.
Metalização e pintura
Metalização
No processo de metalização, podemos aplicar somente um metal,
como na zincagem de proteção. Também é possível aplicar vários
metais para a proteção, dando efeito decorativo à peça.
Nas peças de aço, conhecidas como cromadas, normalmente
são aplicadas camadas de cobre, níquel e cromo.
6
Outra forma de tratamento de superfície é a zincagem pelo
processo de imersão a quente - ou zincagem a fogo como é
conhecido. O material, previamente preparado, é mergulhado
num tanque com zinco em estado de fusão. O zinco adere ao
aço, formando uma camada espessa que protege a peça da
corrosão.
Pintura
Existem diversos processos de pintura, conforme a necessidade.
Na pintura de autos ou de eletrodomésticos, é necessário fazer
uma fosfatização antes de aplicar as tintas.
O processo de fosfatização consiste em formar cristais de sais de
fosfato de zinco nas superfícies da peça. Isso proporciona boa
aderência da tinta e ajuda na proteção contra a corrosão.
Outros tipos de tratamentos de superfície de metais são oleamento, aspersão térmica, deposição química sem auxílio de corrente
elétrica, aplicação de metais a plasma, deposição a vácuo,
anodização do alumínio, aplicação de cromo duro. Cada um
desses tipos modifica a superfície do metal, a fim de se obter
propriedades que o metal-base não tem. É comum aplicar ouro
nos circuitos eletrônicos dos computadores.
Instalações
7
As instalações para tratamento de superfície dos metais se
compõem de equipamentos cujo tamanho depende das dimensões das peças que serão tratadas.
Peças grandes, como carrocerias de automóveis ou gabinetes de
geladeira, são transportadas em correntes, através dos túneis nos
quais se processam as diversas etapas do tratamento.
Peças de dimensões menores podem ser tratadas em tanques,
geralmente feitos de aço, revestidos com plástico, ou tanques de
resina reforçados com fibra de vidro.
Esses tanques são dispostos em seqüência, de modo a permitir
que cada operação seja efetuada de maneira eficiente sem que
haja perigo de mistura ou contaminação de resíduos entre os
banhos.
A instalação deve ter acesso fácil à água, à energia elétrica e a
equipamentos auxiliares, como bombas, filtros, tanques de
reserva e tanques de preparação.
Instalação automática moderna para eletrodeposição de metais
8
Exercícios
1. O processo de destruição de metais num meio corrosivo
chama-se:
a) ( ) fosfatização;
b) ( ) corrosão;
c) ( ) zincagem;
d) ( ) deposição.
2. O material resultante da corrosão é conhecido como:
a) ( ) produto da corrosão;
b) ( ) peça de erosão;
c) ( ) produto amorfo;
d) ( ) sucata.
3. O ambiente em que o metal se corrói chama-se:
a) ( ) ambiente ferruginoso;
b) ( ) região de reações químicas;
c) ( ) meio úmido;
d) ( ) meio corrosivo.
4. Na corrosão uniforme, o ferro fica recoberto de:
a) ( ) umidade;
b) ( ) pigmentos;
c) ( ) rebarbas;
d) ( ) ferrugem.
5. O processo de usar zinco para proteger o ferro da ferrugem
chama-se:
a) ( ) erosão;
b) ( ) galvanização;
c) ( ) corrosão;
d) ( ) fundição.
9
6. O processo de proteger peças com metais chama-se:
a) ( ) metalização;
b) ( ) anodização;
c) ( ) erosão;
d) ( ) cristalização.
7. A aplicação de cristais de sais de fosfato de zinco em peças
que serão pintadas chama-se:
a) ( ) cristalização;
b) ( ) zincagem;
c) ( ) fosfatização;
d) ( ) usinagem.
Gabarito
1. b
2. a
3. d
4. d
5. b
6. a
7. c
10
Pré-tratamento
Um problema
Geralmente, as peças que terão suas superfícies tratadas já se
apresentam como produtos quase prontos, ou seja, trefilados,
fundidos, forjados, estampados, usinados etc.
As superfícies das peças nessas condições não podem ser
tratadas
imediatamente
porque,
normalmente,
apresentam
resíduos de óleo, trincas, restos de graxas e de abrasivos de
polimento. Portanto, é necessário um pré-tratamento das superfícies, de modo que elas fiquem muito bem limpas antes do tratamento propriamente dito.
Procedimentos
Os procedimentos de pré-tratamento de superfícies de metais
podem ser mecânicos ou químicos.
Pré-tratamento mecânico
Os processos mecânicos constam de lixamento, jateamento,
vibração e tamboreamento. Por meio deles, são removidos
defeitos e imperfeições.
Lixamento
No lixamento, a superfície metálica da peça é desgastada até o
ponto em que os defeitos (riscos ou buracos) tenham sido remo-
11
vidos totalmente. O instrumento utilizado é a lixa que pode ser
usada manualmente ou com máquinas.
Lixamento manual
Máquinas lixadeiras
As lixas se compõem de três partes principais: costado, cola ou
resina, abrasivo.
O costado é feito em tecido ou papel, e sua função é servir de
suporte para os grãos abrasivos.
A cola ou resina serve para manter os grãos abrasivos unidos e
bem aderentes ao costado.
O abrasivo corta e remove as imperfeições do metal. Portanto,
deve ter alta dureza e formato em ângulo.
Os abrasivos mais utilizados são o óxido de alumínio e o carbeto de silício, encontrados nas mais variadas granulações. Os
grãos são classificados de acordo com seu tamanho, que é
identificado por um número colocado na parte posterior da lixa. À
medida que o número de identificação aumenta, diminui o tamanho do grão. Assim, lixas de grãos mais finos são identificadas
com números mais altos.
Para metais, são mais usadas as lixas de grana 150, 180, 220,
240, 280, 320.
Em algumas operações de pintura, utilizam-se lixas de granulação mais fina, de 400 até 600 granas. Nesses casos, faz-se uso
das lixas junto com um jato de água, para evitar seu empastamento e a perda do poder de corte.
12
Num processo normal de lixamento, os riscos ou imperfeições
são eliminados com lixas mais grossas. Na seqüência, aplicam-se
lixas de granas cada vez menores com a finalidade de apagar
riscos causados pelas lixas anteriores.
Duas outras operações são muito utilizadas para se obter uma
superfície de boa qualidade após o lixamento: escovamento e
polimento. Com esses processos obtemos superfícies espelhadas. Eles devem ser usados somente em circunstâncias que
exijam esse tipo de acabamento. São empregadas escovas de
pita ou sisal e rodas de pano, em uma máquina denominada
politriz, com aplicação de massas de polimento.
Jateamento
Trata-se de um processo empregado para a limpeza das peças
em que serão aplicadas tintas, com a finalidade de proteger
grandes estruturas metálicas da corrosão.
Máquina de jatear
Jateamento de grandes estruturas
Com auxílio de um revólver, acionado por ar comprimido, projetase o abrasivo contra a estrutura metálica a ser limpa. A força
mecânica transmitida ao abrasivo é suficiente para remover capas
de ferrugens ou quaisquer outras substâncias da superfície. Esse
processo deixa o metal perfeitamente limpo para receber as tintas
anticorrosivas. Os abrasivos mais utilizados são: granalha de aço,
esferas de vidro, areia e carbeto de silício.
13
Vibração e tamboreamento
Não se faz lixamento em peças com tamanho reduzido ou de
conformação geométrica complicada. Nesses casos, a vibração e
o tamboreamento são os procedimentos corretos.
Esses dois processos partem do mesmo princípio, com máquinas
diferentes. A idéia é atritar a superfície da peça com um abrasivo
adequado, de modo que ele remova as imperfeições da superfície
da peça. Na vibração, o abrasivo e as peças são colocadas num
recipiente com formato de uma grande panela acoplada a um
vibrador. O vibrador faz com que o abrasivo atinja as peças para
remover imperfeições da superfície.
Tambor rotativo
No tamboreamento, peças e abrasivos são colocados dentro de
um tambor. Por meio de movimentos rotatórios, o atrito do abrasivo contra as peças faz a limpeza necessária.
Pré-tratamento químico
Neste tipo de tratamento utilizamos produtos químicos, prontos
para uso ou dissolvidos em água. Obtêm-se soluções com
propriedades de desengraxamento ou de remoção de óxidos da
superfície dos metais.
14
Os processos de desengraxamento e decapagem são usados
universalmente.
Desengraxamento
Esta operação remove óleos e graxas da superfície do metal.
Uma superfície oleosa ou engraxada, ao ser atingida por um jato
de água, apresenta grande dificuldade para manter a água. A
presença de oleosidade faz com que se formem ilhas de água
intercaladas com regiões secas, conhecidas popularmente como
“quebra d’água”.
A superfície bem desengraxada deixa-se molhar em toda a sua
extensão apresentando um filme contínuo sem interrupção. Essa
é a melhor maneira de distinguir se uma superfície está bem ou
mal desengraxada.
Existem diversas maneiras de se desengraxar uma superfície,
dependendo da quantidade e da natureza do óleo ou graxa. Três
substâncias se destacam: solventes, emulsificantes, alcalinos.
Desengraxamento por solventes
No desengraxamento, a peça é colocada no próprio solvente ou
nos seus vapores. Nessas operações são muito utilizados os
solventes orgânicos dos tipos: tricloretileno e percloretileno.
Esses solventes são eficientes no desengraxamento, porém
apresentam efeitos tóxicos e devem ser substituídos por outros
menos perigosos. Além de serem tóxicos, sua decomposição em
ácido clorídrico causa corrosão.
15
Desengraxantes emulsificantes
Os óleos assumem a forma de glóbulos finos na presença de um
detergente. É o que se chama de emulsificação.
A emulsificação permite que gotas de óleo de tamanho relativamente grande sejam transformadas em gotículas tão pequenas
que se distribuem na água como se estivessem dissolvidas nela.
Assim, fica mais fácil a remoção do óleo da superfície dos metais.
O desengraxamento por emulsão se dá em duas fases processadas em dois tanques. No primeiro, existe um solvente orgânico,
como a aguarrás, no qual é dissolvido um detergente adequado.
O segundo tanque contém apenas água.
Ao passar no primeiro tanque, os óleos e graxas absorvem o
detergente. No segundo tanque, transformam-se em gotículas
que são removidas da superfície. Uma lavagem posterior completa o ciclo de limpeza.
Desengraxamento alcalino
O meio alcalino - ou seja, solução de água com hidróxido de
sódio, potássio etc. - se presta melhor ao desengraxamento. A
transformação dos óleos em gotículas é mais eficiente no meio
alcalino do que no meio ácido. O desengraxamento alcalino pode
se processar de duas maneiras: por imersão (pulverização) e por
processo eletrolítico.
No desengraxamento alcalino empregam-se soluções de produtos químicos de natureza alcalina juntamente com tensoativos
(produtos que baixam a tensão da superfície de um material).
Os produtos mais utilizados na formulação de desengraxantes
alcalinos são soda cáustica (ou hidróxido de sódio), silicato de
sódio, carbonato de sódio, fosfatos de sódio e tripolifosfato de
sódio.
• Desengraxamento por imersão (pulverização)
16
As soluções são preparadas em tanques com aquecimento. As
peças são mergulhadas nas soluções e lá permanecem até a
remoção dos óleos da superfície.
Peças de grandes proporções, como carrocerias de veículos,
gabinetes de geladeira ou máquinas de lavar roupa, são desengraxadas numa operação contínua, em túneis. O produto é
aplicado com bicos que pulverizam desengraxante na sua superfície.
O desengraxamento por imersão (pulverização) é aplicado a
temperaturas altas, entre 60ºC e 90ºC.
Máquinas para desengraxamento de peças pequenas
• Desengraxamento eletrolítico
A limpeza é de extrema importância para peças que serão
revestidas com metais. Nesses casos, usa-se o desengraxamento
eletrolítico.
As soluções empregadas no desengraxamento eletrolítico têm
composição semelhante a daquelas utilizadas no processo por
imersão, com a diferença de que no processo eletrolítico se faz
passar uma corrente elétrica através da solução.
O princípio é o mesmo de quando se lava um utensílio doméstico
com detergente. A eficiência é sempre maior quando se esfrega
uma esponja sobre o utensílio. No nosso caso, o efeito de esfregamento é substituído pelo desprendimento de gás na superfície
da peça.
Faz-se passar uma corrente elétrica na solução para gerar gás na
superfície dos eletrodos. A corrente pode ser ligada ao pólo
17
positivo ou negativo de um retificador. Se a peça for ligada ao
pólo positivo, desprende-se oxigênio; se for ligada ao pólo negativo, desprende-se hidrogênio. No primeiro caso, dizemos que o
desengraxamento é anódico, e no segundo, catódico.
• Decapagem
O processo de decapagem serve para remover óxidos dos metais
e deixar a superfície quimicamente limpa. Utiliza-se a decapagem
para limpar superfícies nas quais não se consegue uma limpeza
perfeita com processos mecânicos, como o lixamento. O sistema
é aplicado, principalmente, em parafusos, porcas, arrue-las e
pequenas peças.
Nesse processo, a seleção do decapante depende da natureza
do metal-base e da composição do óxido superficial. Em princípio,
o decapante deve remover o óxido sem atacar o metal-base.
Como decapantes, são usados ácidos, substâncias alcalinas e
misturas de ácidos ou aditivos que aumentam a velocidade da
decapagem.
Em aço de baixo teor de carbono, o produto mais utilizado é o
ácido clorídrico, aplicado por imersão. A peça é mergulhada na
solução decapante, onde permanece até a remoção completa da
ferrugem.
Operação de decapagem
Em geral, o ácido clorídrico é aplicado diluído em água, em
proporções variáveis.
18
Para evitar ataque excessivo ao metal-base, adiciona-se à
solução decapante um inibidor cuja função é permitir a ação do
ácido sobre os óxidos e reprimir o ataque do ácido sobre o metal.
Outro ácido muito empregado é o sulfúrico. É aplicado em temperaturas de 50ºC para melhorar a eficiência da decapagem.
A decapagem do alumínio é feita com uma solução de hidróxido
de sódio (ou soda cáustica) numa temperatura de 80ºC. Os
óxidos são removidos e o alumínio é pouco atacado, apesar de
haver forte desprendimento de gases.
Metais, como o cobre, e ligas, como o latão, são decapadas com
soluções de ácido crômico ou com misturas de ácidos fosfórico,
sulfúrico, nítrico e clorídrico.
Após cada operação de desengraxamento ou decapagem devese fazer lavagens em quantidade suficiente para a remoção
completa das soluções de tratamento. Caso contrário, a superfície
fica manchada ou ocasiona a contaminação dos tanques.
Exercícios
1. O principal objetivo do pré-tratamento de superfície de metais é:
a) ( ) polir as superfícies;
b) ( ) deixar as superfícies engraxadas;
c) ( ) deixar as superfícies perfeitamente limpas;
d) ( ) trefilar as superfícies.
2. O pré-tratamento pode ser:
a) ( ) mecânico ou químico;
b) ( ) manual ou mecânico;
c) ( ) automático ou químico;
d) ( ) manual ou automático.
19
3. Os processos mecânicos podem ser dos seguintes tipos:
a) ( ) tamboreamento, jateamento, engraxamento;
b) ( ) jateamento, lixamento, vibração, tamboreamento;
c) ( ) vibração, polimento, jateamento, desengraxamento;
d) ( ) lixamento, engraxamento, jateamento.
4. Para obter superfícies espelhadas são necessárias as operações, em seqüência, de:
a) ( ) jateamento e lixamento;
b) ( ) lixamento e escovamento;
c) ( ) polimento e jateamento;
d) ( ) escovamento e polimento.
5. Em peças de tamanho reduzido e com certa conformação
geométrica são recomendáveis:
a) ( ) polimento e lixamento;
b) ( ) vibração e tamboreamento;
c) ( ) tamboreamento e polimento;
d) ( ) vibração e lixamento.
6. São processos de pré-tratamento químico:
a) ( ) decapagem e vibrações;
b) ( ) jateamento e lixamento;
c) ( ) desengraxamento e decapagem;
d) ( ) vibração e tamboreamento.
7. Para eliminar óleos de superfícies podem ser usados:
a) ( ) ácidos;
b) ( ) solventes;
c) ( ) água pura;
d) ( ) gases.
8. O desengraxamento tem por finalidade:
a) ( ) remover carepas;
b) ( ) remover óleos e graxas;
c) ( ) dar brilho à superfície;
d) ( ) eliminar porosidades.
9. Para remover óxidos dos metais usa-se o processo de:
20
a) ( ) decapagem;
b) ( ) emulsão;
c) ( ) desengraxamento;
d) ( ) lavagem.
10. É operação obrigatória entre dois processos:
a) ( ) secagens;
b) ( ) vaporizações;
c) ( ) lavagens;
d) ( ) zincagem.
Gabarito
1. c
2. a
3. c
4. b
5. b
6. c
7. b
8. a
9. d
10. c
21
Pintura
Um problema
Geralmente, produtos fabricados em aço podem ser destruídos
pela corrosão. Metais ou ligas, como o alumínio e até mesmo
aços galvanizados, também correm o risco da corrosão.
Uma das soluções para esse problema consiste na pintura de
produtos, como veículos, móveis, aparelhos eletrodomésticos e
até edificações.
A pintura é, portanto, um importante meio de tratamento de
superfícies no sentido de preservar uma série de produtos.
Importância da pintura
Podemos proteger e preservar produtos por meio de revestimento. Entre as várias substâncias adequadas ao revestimento,
destacam-se as tintas.
Uma das principais vantagens da pintura refere-se à relação
custo/benefício. O trabalho é relativamente fácil para as técnicas
de aplicação mais comuns, como a pincel, a rolo e a pistola
convencional, fica barato e favorece bastante a preservação dos
produtos. Por exemplo, uma pintura com espessura de 75 micrômetros representa somente 0,8% do valor total de um carro
médio.
Uma lata de alimento pode ser protegida da corrosão se for
pintada com tinta com espessura igual a um décimo de um fio de
cabelo. A pintura modifica a aparência e preserva o sabor do
22
alimento. E o custo da pintura não passa de 0,4% do custo total
de venda ao consumidor.
Outra vantagem das tintas é que elas podem ser aplicadas em
superfícies irregulares e em locais de difícil acesso, como cavidades, colunas, contornos de cabines de ônibus.
Finalidades da pintura
A principal finalidade da pintura é a de proteger peças ou objetos
contra corrosão. Mas existem outras finalidades:
• tornar a aparência atraente;
• auxiliar na segurança industrial;
• impermeabilizar;
• diminuir rugosidade;
• facilitar a identificação de fluidos em tubulações e reservatórios;
• impedir a aderência de vida marinha ao casco de embarcações
e bóias;
• permitir maior ou menor absorção de calor.
23
Conceito de pintura
Pintura é a aplicação de uma substância líquida, pastosa ou em
pó numa superfície metálica ou não que, após secagem e/ou
cura, forma um revestimento duro.
Pintura industrial
A pintura industrial é um sistema que se caracteriza por quatro
fases importantes:
• seleção adequada dos esquemas de pintura;
• aquisição das tintas;
• seleção da técnica de aplicação e controle da qualidade de
aplicação;
• inspeção e acompanhamento da pintura.
Essas quatro fases são baseadas em normas, procedimentos e
padrões que definem os critérios de qualidade a serem observados.
Um esquema geral de pintura consta dos seguintes passos:
• Inspeção e preparação da superfície - É preciso inspecionar
a superfície para verificar se ela apresenta óleos, gorduras,
poeira, umidade, resíduos de tratamentos de superfícies, óxidos de laminação e produtos de corrosão. Antes de mais nada,
esses elementos devem ser retirados da superfície. A preparação consiste numa limpeza que possibilite a boa aderência
da tinta e a formação de uma rugosidade na superfície para
facilitar essa aderência.
• Aplicação da tinta de fundo ou primer - As tintas de fundo
(prímeres) devem ser aplicadas em uma ou mais demãos, e
são responsáveis pela proteção anticorrosiva. Essas tintas, na
24
sua grande maioria, contêm pigmentos de propriedades anticorrosivas que garantem maior proteção ao objeto pintado.
• Aplicação da tinta de acabamento - As tintas de acabamento
também devem ser aplicadas em uma ou mais demãos. Elas
dão a cor final à peça, e as películas (revestimentos) que formam funcionam como uma primeira barreira entre o meio agressivo e a tinta de fundo. Quanto mais impermeáveis elas
forem, melhor será o resultado.
Coesão e adesão
A película da pintura deve ter duas características:
• Coesão - Consiste na união dos diversos constituintes do
revestimento, de forma a apresentar um película contínua, sem
falhas e imperfeições.
• Adesão à superfície - Trata-se da fixação da película à
superfície a ser protegida. A adesão à superfície é conseguida
por meio da fixação mecânica da tinta nas rugosidades, porosidades e irregularidades da superfície.
Constituintes das tintas
Os constituintes de uma tinta estão distribuídos em dois grupos:
• básicos: aparecem necessariamente numa tinta completa;
• eventuais: incorporados a alguns tipos de tintas.
Os constituintes básicos são: veículo, solvente e pigmentos. O
veículo é a parte principal da tinta. Geralmente é uma resina. O
25
veículo é o formador e o colante das partículas. Ele dá à película
as seguintes propriedades:
• maior ou menor dureza;
• maior ou menor resistência à umidade, a ácidos ou bases e
solventes;
• resistência a mudanças de clima, umidade, água;
• resistência às radiações ultravioleta do Sol.
Exemplos de veículos:
− óleos secativos: linhaça, soja, tungue, oiticica;
− resinas alquídicas e fenólicas, puras ou modificadas com óleos;
− resinas acrílicas, vinílicas, borrachas cloradas, estireno acrilato;
− resinas epóxi, poliuretana, silicone;
− materiais betuminosos: piche de carvão, alcatrão de hulha;
− inorgânicos: silicato de sódio, etilsilicato.
O solvente é a parte da tinta que normalmente se evapora. É
uma substância capaz de dissolver a resina e diminuir sua
viscosidade, facilitando a aplicação da tinta.
Exemplos de solventes mais usados:
− hidrocarbonetos alifáticos: aguarrás mineral, nafta;
− hidrocarbonetos aromáticos: tolueno, xileno;
− álcoois: etílico, butílico, isopropílico;
− ésteres: acetatos de etila, de butila, de isopropila, de etilglicol;
− cetonas: metil-etil-cetona, metil-isobutil-cetona, ciclo-hexa-nona;
− água.
Na preparação das tintas, os fabricantes usam uma mistura de
solventes, procurando balancear sua proporção, de modo a
conseguir:
− solvência adequada;
− tempo de secagem apropriado;
− perfeita formação da película;
− menor custo possível.
É desaconselhável misturar solventes de diferentes tintas e usar o
solvente de um tipo de tinta em outro tipo. Devemos utilizar o
solvente especificado pelo fabricante da tinta.
26
Os pigmentos são, geralmente, substâncias em pó adicionadas
às tintas para:
• dar cor e opacidade: pigmentos tintoriais·
• aumentar a espessura da película: pigmentos reforçantes
(cargas);
• conferir propriedades anticorrosivas: pigmentos anticorrosivos;
• acrescentar finalidades específicas: pigmentos especiais.
Quanto à sua natureza, os pigmentos podem ser substâncias
orgânicas ou inorgânicas.
Propriedades dos Pigmentos
Orgânicos
Inorgânicos
Menor densidade
Maior densidade
Maior brilho
Menor brilho
Menor resistência química
Maior resistência química
Baixa resistência aos raios ultravioleta do Sol
Alta resistência aos raios do Sol
Os pigmentos usados para dar cor são orgânicos, com exceção
dos brancos, que são todos inorgânicos. Os pigmentos tintoriais
mais importantes são:
• Não metálicos
− Dióxido de titânio (cor branca): considerado matéria-prima
básica na formulação de tintas.
− Óxido de ferro: pigmento vermelho que, sendo inerte, age
também como pigmento protetor e reforçante (carga).
− Carbonatos de chumbo ou de bismuto: usados para obtenção das pinturas perolizadas que dão acabamento acetinado
às carrocerias dos automóveis.
• Metálicos
− Alumínio: responsável pelo aspecto metálico das tintas de
acabamento. Pode ser ou não produzido em partículas lamelares (forma de lâminas). Os pigmentos lamelares são utilizados em tintas de acabamento. Eles sobrenadam e se entrelaçam, proporcionando maior proteção. O alumínio não
lamelar é utilizado nas tintas de acabamento policromático
(que tem várias cores) ou metálico, empregadas principalmente na pintura de automóveis.
27
Os pigmentos reforçantes, além de aumentar a espessura da
película e contribuir com suas propriedades físicas e químicas
para melhorar o revestimento, têm as funções de:
• aumentar o rendimento e a viscosidade da tinta;
• controlar o brilho;
• diminuir o custo do produto.
São pigmentos reforçantes o talco, o caulim, o amianto e o gesso.
Os pigmentos anticorrosivos são usados nas formulações das
tintas de fundo, principalmente. Os mais utilizados são:
• zarcão: altamente protetor mas que vem sendo substituído
devido à sua elevada toxidade;
• cromato de zinco: melhor que o zarcão em termos de vida útil e
custo;
• cromato básico de zinco: com poder protetor menor que o
cromato de zinco;
• fosfato de zinco: utilizado em substituição ao zarcão, por possuir
propriedades anticorrosivas semelhantes e não ser tão tóxico;
• pó de zinco: pigmento metálico protetor, utilizado em altas
concentrações da ordem de 75% a 95% em peso.
As tintas com pó de zinco são usadas nos casos em que o objeto
pintado fica exposto à ação de imersão em produtos químicos, de
produtos de petróleo, de atmosferas altamente agressivas e de
temperaturas elevadas.
Os pigmentos especiais são utilizados como:
• impermeabilizantes: alumínio lamelar e mica são adicionados
às tintas de fundo e de acabamento para aumentar a proteção
por barreira, enquanto que os óxidos de ferro são muito usados
nas tintas de fundo;
• perolados: carbonatos de chumbo ou de bismuto são adicionados para dar um tom acetinado às tintas de acabamento;
• fluorescentes e fosforescentes: utilizados em tintas de sinalização e demarcação para ressaltar a ação da luz em faixas e placas;
28
• antiincrustante (antifouling): adicionados às tintas de uso marinho, para a pintura de cascos de embarcações e bóias, evitando
a aderência de cracas, mariscos, corais, ostras e algas.
Aditivos
Os aditivos são empregados para melhorar certas características
ou propriedades da tinta. Os principais aditivos usados em tintas
são:
• Plastificantes - Dão à película maior flexibilidade. São adicionados às fórmulas de tintas, evitando películas muito duras e
quebradiças. Por exemplo: óleos não-secativos (mamona e
coco) nas formulações das tintas alquídicas e fenólicas modificadas.
• Secantes - Agem como aceleradores da secagem nas tintas
que secam pela oxidação de óleos. Reduzem o tempo de secagem das tintas a óleo.
• Antipele ou antinata - Evitam a formação de uma pele sobre a
superfície líquida da tinta, dentro da lata, durante o tempo de
armazenamento.
Esses
aditivos
são
denominados
anti-
oxidantes.
• Tensoativos ou anti-sedimentantes - Mantêm os pigmentos
em suspensão, dificultando seu acúmulo no fundo da lata.
• Espessantes, geleificantes ou tixotrópicos - Dão à tinta a
consistência adequada para que possa ser aplicada em superfícies verticais.
• Nivelantes - São tensoativos que baixam a tensão superficial
das tintas. Melhoram o espalhamento delas e evitam o aparecimento de marcas deixadas pelos pêlos (cerdas) dos pincéis e
trinchas.
• Folheantes - Unem as partículas de pigmentos de baixo peso,
possibilitando-lhes sobrenadar e se entrelaçar na película úmida.
29
Exercícios
1. Entre as várias substâncias adequadas a revestimentos
destacam-se:
a) ( ) os corantes;
b) ( ) os pigmentos;
c) ( ) os óleos;
d) ( ) as tintas.
2. Uma das principais vantagens da pintura refere-se à relação:
a) ( ) custo/mão-de-obra;
b) ( ) custo/benefício;
c) ( ) custo/matéria-prima;
d) ( ) custo/lucro alto.
3. Os bens materiais são protegidos da corrosão, principalmente,
por meio da:
a) ( ) condição de armazenamento;
b) ( ) embalagem;
c) ( ) pintura;
d) ( ) seleção da matéria-prima.
4. Um esquema geral de pintura consta de inspeção, preparação
da superfície, aplicação da tinta de fundo e:
a) ( ) polimento;
b) ( ) aplicação de graxa;
c) ( ) secagem;
d) ( ) aplicação da tinta de acabamento.
5. A película de pintura deve ter:
a) ( ) coesão e adesão;
b) ( ) pigmentos e coesão;
c) ( ) coesão e fluidez;
d) ( ) adesão e consistência.
6. Os constituintes básicos das tintas são:
30
a) ( ) solvente, pigmentos e cal;
b) ( ) veículo, solvente e pigmentos;
c) ( ) veículo, pigmentos e óleo;
d) ( ) pigmentos, solvente e cor.
Gabarito
1. d
2. b
3. c
5. a
6. b
7. b
31
4. d
Tintas
Um problema
Como escolher a tinta adequada a determinado serviço? A resposta a essa questão requer, primeiro, conhecimentos das características e tipos de tintas.
Introdução
Na aula anterior, vimos que o veículo é o constituinte fundamental da tinta. Agora, vamos estudar as substâncias que
formam o veículo. Essas substâncias são óleos, resinas, misturas de óleos e resinas ou misturas de resinas (sistema de
resinas).
Na grande maioria das tintas, o veículo é constituído por uma
resina ou por uma mistura de resinas. As resinas formam a
base das propriedades da película (filme) da tinta. O conhecimento dessas propriedades é fundamental, pois ele nos
permite escolher que tintas usar para cada uma das diferentes
necessidades. As propriedades dos veículos são:
• resistência a produtos químicos (ácidos, álcalis, solventes);
• dureza;
• flexibilidade;
• resistência ao atrito;
• adesão;
31
• durabilidade.
Composição básica das tintas
Sistema de resinas é uma mistura de resinas que forma o veículo de uma tinta.
Algumas variações dessas propriedades podem ser conseguidas
pela modificação de outros componentes (pigmentos, aditivos) da
formulação. Mas é o veículo que exerce a maior influência.
A resina ou o sistema de resinas também é o principal responsável pelo processo de formação da película quando se dá a secagem e/ou a cura. Nesse processo, as modificações decorrentes
da adição de misturas de solventes ou de aditivos não chegam a
alterar significativamente a secagem e a cura da tinta.
Nomenclatura das tintas
O veículo dá nome à tinta. Há uma tendência para identificar as
tintas com nomes genéricos:
• Tinta de fundo - Usa-se o nome do primeiro protetor (pigmento anticorrosivo), seguido do nome do veículo.
Exemplo:
zarcão
óxido de ferro
epóxi
ªpigmento
ªpigmento
ªveículo
32
• Tinta de acabamento - As tintas de acabamento podem ser
nomeadas de dois modos:
− Por esmalte, seguido do nome do veículo e da cor da tinta.
Exemplos: esmalte epóxi branco, esmalte acrílico vermelho.
− Por tinta de acabamento, seguido do nome do veículo e da
cor.
Exemplo: tinta de acabamento vinílica branca.
Cura é o processo de formação da película (filme), por meio de
reações químicas de polimerização, com ou sem a adição de calor.
O esmalte é uma tinta de secagem muito rápida. Forma revestimentos duros e aderentes, brilhantes e de aparência vítrea. Em
algumas formulações, ele é modificado com a adição de pigmentos que proporcionarão acabamento acetinado ou semibrilhante.
Tipos de tintas
As tintas, em sua grande maioria, são substâncias orgânicas,
havendo algumas poucas famílias de tintas inorgânicas e semiorgânicas.
As orgânicas, em geral, suportam temperaturas de até 80ºC, sendo que as resinas epóxis e fenólicas resistem a até 120ºC.
As inorgânicas resistem a temperaturas de até 600ºC.
As semi-orgânicas suportam temperaturas intermediárias entre
120ºC e 250ºC.
Classificação das tintas
As tintas foram desenvolvidas para que tivessem características e
propriedades e atendessem a determinadas necessidades. Os
veículos são os principais responsáveis por essas características
e propriedades. As tintas são classificadas, de acordo com os
33
veículos que as constituem, em tintas convencionais, seminobres
e nobres.
Tintas convencionais
• Tintas a óleo - São tintas formuladas com óleos vegetais. Sua
secagem é demorada. Não devem ser aplicadas em peças que
serão imersas, nem naquelas que ficarão em atmosfera com
umidade relativa superior a 60%, pois, desse modo, os óleos viram sabão. Essas tintas caracterizam-se pela extrema facilidade de fixação à superfície. Um lixamento manual é suficiente na
preparação da superfície para a pintura.
• Tintas de resinas alquídicas modificadas com óleo - As
resinas alquídicas são utilizadas na pintura de automóveis, de
eletrodomésticos, de equipamentos, em ambientes de média
agressividade.
• Tintas de resinas fenólicas modificadas com óleo - As tintas
com resinas fenólicas resistem mais à umidade do que as anteriores. As tintas de cores claras ficam amareladas sob a ação
dos raios ultravioleta (UV) do Sol. Resistem a temperaturas de
até 120ºC quando pigmentadas com alumínio.
• Tintas betuminosas - São fabricadas com a mistura de asfalto
e piche. Secam durante a evaporação do solvente. São baratas
e de boa resistência à umidade. Recomendáveis para ambientes úmidos ou para imersão, no caso de serviços de pouca
responsabilidade e no qual a cor preta puder ser utilizada.
Quanto à aderência, são semelhantes às tintas a óleo, necessitando do mesmo tipo de preparação de superfície.
As tintas convencionais têm em comum as seguintes características:
− exigem pouca preparação da superfície: limpeza manual,
limpeza com ferramentas mecânicas ou jateamento comercial;
− secam pela oxidação do óleo (reação com o oxigênio) e pela
evaporação do solvente, com exceção das betuminosas, que
secam somente pela evaporação do solvente;
− são indicadas para atmosfera pouco agressiva, sendo que as
alquídicas e as fenólicas, modificadas com óleo, podem ser
usadas em atmosfera mediamente agressiva.
34
Complementando, as resinas alquídicas e fenólicas puras necessitam de calor para a formação do filme. Formam películas muito
duras e quebradiças. Quando as resinas são modificadas com
óleo, tornam-se flexíveis e não requerem a utilização de estufa
para formação do filme. Podem ser usadas na pintura de estruturas, tubulações, tanques e equipamentos de qualquer tamanho.
Tintas seminobres
• Tintas acrílicas - As tintas formuladas com resinas acrílicas
têm grande resistência aos raios UV. Possuem razoável resistência aos ácidos e álcalis. São recomendáveis para as pinturas de acabamento que requerem boa aparência (beleza e brilho).
• Tintas de borracha clorada - As resinas constituídas de borracha natural clorada recebem a adição de plastificantes que
as tornam resistentes a ácidos e álcalis. São pouco tóxicas e
não apresentam gosto (insípida) ou cheiro (inodora), sendo, por
isso, recomendáveis para pintura de reservatórios de água potável. Apresentam alguns problemas que limitam o seu uso:
− degradação em temperaturas acima de 65ºC, liberando ácido clorídrico;
− possível aparecimento de poros;
− fissuras, devido ao processo de plastificação.
• Tintas vinílicas - As tintas fabricadas com essas resinas são
resistentes a ácidos e bases; possuem boa resistência à abrasão (atrito) e impermeabilidade, mesmo no caso de películas
muito finas. São recomendáveis para pintura externa e interna
de latas de alimentos e bebidas, de cascos de embarcações e
bóias.
• Tintas de estirenoacrilato - São resistentes aos raios UV e
podem substituir as resinas acrílicas quando se deseja boa aparência com a permanência de brilho e cor.
Tintas nobres
• Tintas epóxis - Essas tintas, do mesmo modo que as colas
epóxis, são fornecidas em dois componentes: um galão (3,6 litros), contendo a resina epóxi, e uma lata de um quarto de galão (0,9 litros), com o agente de cura (endurecedor) - uma amina ou amida. A escolha de um ou outro agente de cura depen35
de das características e propriedades desejadas para a película.
Agente de cura − Propriedades
Amina
•
Excelente resistência a derivados de
petróleo e produtos químicos.
•
Pouco tempo de secagem.
•
Difícil de aplicar em locais muito úmidos, ocorrendo a formação de um
composto esbranquiçado (quetimina)
que danifica o filme.
Amida
•
Grande resistência à água; fácil de
aplicar em ambientes muito úmidos,
secando mesmo em imersão.
•
Próprio para películas mais flexíveis
e aderentes.
• Baixa resistência a solventes, ácidos e álcalis.
•
Demoram mais a secar.
Além dessas propriedades, as tintas epóxis apresentam boa
resistência ao atrito e ao impacto. São de duas a quatro vezes
mais baratas que as outras tintas nobres. Por isso, mostram
grande aceitação e uso, principalmente em nosso país.
Essas tintas não devem ser usadas como tinta de acabamento
e nas aplicações em que beleza e brilho sejam características
importantes, pois ficam opacas em pouco meses, sob a ação
dos raios do sol.
Os componentes só devem ser misturados, proporcionalmente,
quando a superfície (substrato) estiver pronta, pois o pot-life
(tempo disponível para a aplicação) é pequeno: de 30 a 60 minutos.
Essa tinta é utilizada, ainda, na pintura de equipamentos industriais, peças e estruturas em atmosferas industriais altamente
agressivas, em reservatórios de solventes, de ácidos e de produtos alcalinos, bem como em plataformas marítimas, cascos
de navios, bóias, estruturas de cais, píeres e ancoradouros,
suportando temperaturas de até 120ºC.
A tinta alcatrão de hulha epóxi permite a obtenção de películas
plásticas impermeáveis com espessura grossa (150 a 180 micrômetros). É muito utilizada nos esquemas de pintura para i-
36
mersão em água doce ou salgada. É mais barata que as tintas
epóxis puras.
• Tintas de poliuretana - Apresentam boa resistência aos agentes químicos, ao atrito e aos raios ultravioleta, proporcionando
acabamento de grande beleza e brilho. Dependendo da formulação, podem ser aplicadas também em superfícies de plástico,
madeira e borracha. São formados de dois componentes, dispondo de 6 a 10 horas para aplicação. Devido às suas propriedades, são usadas na pintura de iates, barcos de luxo e transatlânticos, sendo as únicas recomendadas para silos e vagões
de fertilizantes.
• Tintas de silicone - São resinas semi-orgânicas com silício, e
precisam ser aquecidas até 300ºC (cura por conversão térmica)
para se solidificarem. As mais usadas são pigmentadas em
zinco (tintas de fundo) e em alumínio (tintas de acabamento).
Suportam temperaturas de até 500ºC.
As tintas de silicone, modificadas com resinas alquídicas ou acrílicas, resistem a temperaturas de até 250ºC, secam em temperatura ambiente e são mais baratas. Recebem o nome de tintas de silicone modificadas.
• Tintas ricas em zinco - Têm alto teor de zinco metálico na
película seca, entre 75 e 95% em peso. As principais são: zinco
epóxi, silicato inorgânico de zinco e etil-silicato de zinco. A aplicação das tintas ricas em zinco é conhecida como galvanização a frio.
A tinta de etil-silicato de zinco tem dois componentes. É recomendável para tinta de fundo em atmosferas muito agressivas,
para reservatórios de derivados de petróleo (combustíveis e
solventes) e de produtos químicos (ácidos e álcalis), resistindo
a temperaturas de até 250ºC.
As tintas nobres têm as seguintes características em comum:
− mecanismo de formação do filme por polimerização ou conversão térmica;
− são indicadas para ambientes altamente agressivos ou em
condições severas de utilização (imersão, superfícies quentes);
− requerem jateamento ao metal branco para preparação do
fundo.
37
Vernizes
Além das tintas, podemos aplicar vernizes com as mesmas vantagens. No verniz existem todos os componentes da tinta, menos
os pigmentos. Ele recobre a superfície com uma película brilhante
e transparente.
Os vernizes acrílicos podem ser usados como última demão na
pintura de automóveis. Proporcionam beleza e brilho, e protegem
a pintura da “queima” pelos raios do sol, como um filtro solar.
Exercícios
1. As propriedades da película (filme) de tinta, como resistência,
dureza, flexibilidade dependem fundamentalmente:
a) ( ) dos pigmentos;
b) ( ) dos aditivos;
c) ( ) das resinas;
d) ( ) dos corantes.
2. A mistura de resinas forma:
a) ( ) pigmentação da tinta;
b) ( ) granulação da tinta;
c) ( ) coloração da tinta;
d) ( ) veículo da tinta.
3. Quanto ao tipo, as tintas podem ser:
a) ( ) orgânicas, inorgânicas e semi-orgânicas;
b) ( ) orgânicas e artificiais;
c) ( ) básicas e coloridas;
d) ( ) densas e consistentes.
38
4. As tintas são conhecidas como tintas de:
a) ( ) acabamento e de brilho;
b) ( ) fundo e de acabamento;
c) ( ) fundo e de brilho;
d) ( ) acabamento e de abrasão.
5. Para se obter revestimentos duros, aderentes e brilhantes,
usa-se:
a) ( ) óleo;
b) ( ) adesivo;
c) ( ) secante;
d) ( ) esmalte.
6. São tintas convencionais:
a) ( ) betuminosas, a óleo, orgânicas, básicas;
b) ( ) resinas alquídicas, a óleo, fenólicas, inorgânicas;
c) ( ) tintas a óleo, de resinas alquídicas, fenólicas e betuminosas;
d) ( ) fenólicas, betuminosas, básicas, a óleo.
7. As tintas epóxis, de poliuretana, de silicone e as ricas em zinco são tintas:
a) ( ) comuns;
b) ( ) seminobres;
c) ( ) raras;
d) ( ) nobres.
8. Na pintura de superfícies sujeitas a temperaturas entre 120ºC
a 250ºC, podemos usar tintas:
a) ( ) acrílicas, vinílicas e betuminosas;
b) ( ) óleo, epóxi rica em zinco, borracha clorada;
c) ( ) silicato inorgânico de zinco e alquídica modificada
com óleo;
d) ( ) silicone modificada e etil-silicato de zinco.
9. Para acabamento com beleza e brilho, usamos tintas:
a) ( ) etil-silicato de zinco, epóxi, silicone;
b) ( ) acrílica, estireno acrilato, poliuretana;
c) ( ) óleo, acrílica, borracha clorada;
d) ( ) poliuretana, vinílica, fenólica.
10. As tintas alquídicas são utilizadas na pintura de:
39
a) ( ) navios, silos de fertilizantes e automóveis;
b) ( ) fogões, geladeiras, máquinas de lavar, automóveis;
c) ( ) iates, secadoras, latas de bebidas;
d) ( ) geladeiras, latas de alimentos, cascos de navios.
11. O verniz acrílico, que pode ser usado como filtro solar, é constituído de:
a) ( ) resina acrílica, solventes, aditivos;
b) ( ) resina acrílica, pigmentos, aditivos;
c) ( ) resina acrílica, solventes, pigmentos, aditivos;
d) ( ) solventes, pigmentos, aditivos.
Gabarito
1. c
2. d
3. a
4. b
5. d
6. c
7. d
8. d
9. b
10. b
11. a
40
Agressividade do ambiente
Um problema
A pintura pode ajudar bastante na preservação de peças metálicas. Entretanto, a própria pintura necessita de proteção, uma vez
que ela está sujeita à agressividade do ambiente em que se encontra.
Surge, assim, outra questão: como identificar o tipo de agressividade que pode interferir numa pintura?
Condições de agressividade
Conhecidas as principais características e propriedades das tintas
industriais, precisamos identificar o tipo de agressividade dos diferentes ambientes. Em uma indústria, temos as mais diversas situações de agressividade, começando pelas que decorrem da sua
localização geográfica. A indústria pode estar num parque industrial, numa zona rural, numa zona urbana ou à beira-mar. Além disso, o próprio ambiente de trabalho fica sujeito a alterações que
interferem na película da pintura como, por exemplo, variações da
temperatura, do tipo de produto armazenado ou processado. Também as condições atmosféricas variam de acordo com o local.
O conjunto temperatura, umidade relativa do ar e presença de
gases poluentes depende dos fatores:
• localização geográfica;
• acidentes geográficos específicos(montanhas);
• direção dos ventos predominantes;
• tipo de indústria;
• existência e uso efetivo de equipamentos antipoluição.
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Meios corrosivos
Os principais meios corrosivos são:
• Atmosfera - O ar contém umidade, sais em suspensão (próximo
ao mar), gases industriais (especialmente gases de enxofre) e
poeira.
• Solo - Os tipos de solo contêm umidade e sais minerais. Podem
apresentar também características ácidas ou básicas.
• Águas naturais - as águas dos rios, dos lagos ou do subsolo
podem conter sais minerais, eventualmente ácidos ou básicos,
resíduos industriais, poluentes diversos e gases dissolvidos.
• Águas do mar - Contém uma quantidade apreciável de sais.
• Produtos químicos - A agressividade dos produtos químicos
depende do seu grau de ionização, concentração e temperatura.
É preciso levar em conta que as reações de corrosão eletroquímica são espontâneas e revelam-se tão mais intensas quanto maior
for a condutividade elétrica do meio. Os sais aumentam a condutividade elétrica do meio. A corrosão eletroquímica ocorre em presença de eletrólito e em baixas temperaturas, na grande maioria
dos casos abaixo de 100ºC.
Ambiente corrosivo
O ambiente se torna corrosivo devido a diversos fatores. Vamos
examinar os principais.
Atmosfera
• Marinha - Sobre o mar e na orla marítima (até 500 metros da
praia), com ventos predominantes na direção da estrutura a ser
pintada.
• Industrial - Envolve regiões com muitos gases provenientes de
combustão, particularmente gases oriundos de combustíveis
com alto teor de enxofre.
• Úmida - Locais com umidade relativa média acima de 60%.
• Urbana e semi-industrial - Ocorre nas cidades onde se tem
razoável quantidade de gases provenientes de veículos automotores e setor industrial razoavelmente desenvolvido.
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• Rural e seca - Locais, em geral no interior, onde não há gases
industriais, sais em suspensão, e a umidade relativa do ar apresenta valores sempre baixos.
Imersão em meios líquidos
• Líquidos aquosos - A agressividade dependerá da resistência
elétrica e da presença de sais ou de gases dissolvidos. A pior
condição, neste caso, é a da água aerada.
• Produtos de petróleo - São de modo geral pouco agressivos,
com exceção do espaço de vapor em tanques de armazenamento, que pode conter H2S e tornar-se bastante agressiva, e
do petróleo bruto, sempre associado à água salgada.
• Produtos químicos - A agressividade dependerá da presença
de água, ou de umidade, e do grau de ionização da substância
química.
Espaço de vapor é o espaço entre a superfície do líquido e o teto
do tanque.
Superfícies quentes
As superfícies quentes têm sua agressividade variável, de acordo
com a temperatura e com as condições de operação. Na faixa de
80ºC a 100ºC ocorre condensação com menor intensidade, o que
resulta em corrosividade desprezível. Em temperaturas mais altas,
acima de 400ºC, ocorre corrosão química. As condições de operação também influenciam na corrosividade. Num regime de intermitência, ou seja, em que o equipamento ou a instalação alternam
temperaturas altas com temperaturas baixas, aumenta a corrosividade devido à ação eletroquímica.
A fim de facilitar a seleção dos esquemas de pintura, os ambientes
e condições corrosivas podem ser agrupados em cinco tipos:
• Atmosfera altamente agressiva - É a atmosfera marinha e a
industrial ou ainda a úmida, quando associada a qualquer uma
das duas anteriores.
• Atmosfera mediamente agressiva - É a atmosfera úmida, a atmosfera urbana e a semi-industrial. Estão incluídos, neste caso,
locais junto à orla marítima, com afastamento superior a 500 m.
• Atmosfera pouco agressiva - É a atmosfera rural e seca (umidade inferior a 60%).
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• Imersão - Subdividida em quatro casos de imersão:
− em água salgada;
− em água doce;
− em produtos de petróleo;
− em produtos químicos.
• Superfícies quentes - Envolvem também quatro casos:
− de 80º a 120ºC;
− de 120º a 250ºC;
− de 250º a 500ºC;
− acima de 500ºC.
Exercícios
1. A pintura de uma peça pode ser prejudicada pelo seguinte fator:
a) ( ) falta de óleo;
b) ( ) agressividade do ambiente;
c) ( ) falta de solvente;
d
( ) excesso de pigmentos.
2. É preciso analisar o ambiente de peças pintadas para identificar:
a) ( ) causas da corrosão;
b) ( ) qualidade da pintura;
c) ( ) adequação das tintas;
d) ( ) tempo útil das peças.
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3. Uma das causas da corrosão de peças pintadas está relacionada:
a) ( ) ao tamanho da indústria;
b) ( ) aos equipamentos antigos;
c) ( ) ao desequilíbrio da temperatura ambiente;
d) ( ) à localização geográfica.
4. Um ambiente corrosivo pode decorrer de:
a) ( ) arejamento precário;
b) ( ) excesso de ar;
c) ( ) excesso de ferrugem;
d) ( ) condições atmosféricas.
5. No caso de indústrias que expelem gases poluentes, torna-se
necessário o uso de:
a) ( ) medidas legais;
b) ( ) equipamentos anti-poluentes;
c) ( ) normas anti-poluição;
d) (
medidas de fechamento da indústria.
6. Ar úmido, sais em suspensão e gases constituem:
a) ( ) fatores de risco;
b) ( ) fatores de proteção de tintas;
c) ( ) meios anticorrosivos;
d) ( ) meios corrosivos.
7. O solo pode se tornar corrosivo quando apresenta:
a) ( ) umidade e adubos;
b) ( ) sais minerais e gases;
c) ( ) umidade e sais minerais;
d) ( ) excesso de carvão.
8. As águas tornam-se mais corrosivas quando apresentam:
a) ( ) quedas d’água;
b) ( ) resíduos industriais;
c) ( ) excesso de evaporação;
d) ( ) produtos medicinais.
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9. Na presença de umidade e de temperatura inferior a 100ºC,
pode ocorrer corrosão:
a) ( ) química;
b) ( ) eletroquímica;
c) ( ) eletrolítica;
d) ( ) física.
10. A atmosfera marinha junto à indústria pode ser considerada:
a) ( ) pouco agressiva;
b) ( ) altamente agressiva;
c) ( ) mediamente agressiva;
d) ( ) não agressiva.
Gabarito
1. b
2. c
3. d
4. d
5. b
6. c
7. c
8. b
9. a
10. b
46
Preparação para pintura
Um problema
Normalmente, a superfície metálica está sujeita ao fenômeno da
corrosão. Entretanto, esse fenômeno pode ser atenuado, e até
retardado, quando se prepara corretamente a superfície antes de
ser pintada.
Existem diversos processos para essa preparação. O problema
consiste em adotar o processo adequado à peça que será pintada
e escolher a melhor tinta para isso.
Nesta aula, estudaremos os processos de preparação das peças
que serão pintadas.
Introdução
O resultado desejado para uma pintura depende da preparação
correta e adequada da superfície. Essa preparação envolve
limpeza e formação de uma rugosidade na superfície, necessárias à fixação da película da tinta.
A limpeza e a rugosidade dependem dos seguintes fatores:
• Característica de adesão da tinta de fundo (primer) que será
aplicada.
• Tipo de equipamento: móvel de aço, automóvel, reservatório,
tubulação etc.
• Espessura total da película de pintura.
• Vida útil desejada para o sistema.
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A limpeza tem a função de remover materiais da superfície como:
− óleos e graxas;
− óxidos metálicos de laminação (carepas);
− óxidos da corrosão (ferrugem);
− sais minerais;
− restos de pintura;
− poeiras e pós de abrasivos;
− umidade e resíduos de tratamentos especiais.
Tais substâncias precisam ser retiradas da superfície para que se
possa obter perfeita adesão da tinta à superfície do metal.
Etapas da preparação
A preparação da superfície envolve três operações:
• Inspeção - Efetua-se uma inspeção em toda a superfície.
Marcamos os locais que tenham óleo, graxa, outras sujidades e
defeitos superficiais. Avaliamos o estado de oxidação. Com
base nessa inspeção, define-se o tipo e a quantidade de solvente, assim como as ferramentas necessárias para remover
os óxidos e os defeitos.
• Limpeza com solvente e remoção de defeitos superficiais A oleosidade e as gorduras identificadas na operação de inspeção serão removidas. Os defeitos constatados também serão
reparados. A limpeza com solvente deve ser feita antes da
limpeza mecânica, caso contrário, o óleo será espalhado contaminando (sujando) as ferramentas mecânicas (lixas, escovas,
palhas de aço, abrasivos).
• Limpeza por ação mecânica - Após a limpeza com solvente e
a remoção de defeitos superficiais, procede-se à preparação
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mecânica da superfície, a fim de obter o perfil de rugosidade
necessário ao sistema de pintura.
Os procedimentos para limpeza e criação da rugosidade podem ser dos tipos:
− limpeza manual;
− limpeza com ferramentas mecânicas manuais;
− limpeza por jateamento abrasivo.
Limpeza manual - Usamos ferramentas manuais como escovas
de aço, palhas de aço, espátula, lixas, raspadores. O resultado é
uma limpeza precária, de baixo rendimento de execução, normatizada pela Petrobrás com a norma N - 5.
Exemplos de equipamentos para limpeza manual
Limpeza mecânico-manual - São usadas ferramentas como
escovas rotativas, marteletes de agulhas, lixadeiras. Apresenta
rendimento um pouco melhor do que a limpeza manual. Está
normatizada pela Petrobrás com a norma N - 6.
Jateamento abrasivo - Este é o tipo de preparação mais adequado e recomendável. Apresenta alto rendimento e proporciona
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limpeza adequada. O jateamento deixa uma rugosidade na
superfície que possibilita boa fixação da película de tinta.
Cabine de jateamento
A limpeza com jateamento é feita da seguinte maneira:
− escovamento: limpeza ligeira e precária usada em alguns
casos de repintura;
− comercial (ao metal cinza): limpeza com retirada de óxidos,
carepa de laminação etc.;
− metal quase branco: limpeza com a retirada quase total dos
óxidos, carepa de laminação etc.;
− metal branco: limpeza com a retirada total de óxidos, carepa
de laminação, etc., deixando a superfície totalmente limpa.
A dimensão do perfil de rugosidade depende da espessura da
camada de tintas, da espessura da película seca da primeira
demão de tinta de fundo e das condições do ambiente em que
permanece o equipamento, entre a aplicação da primeira e da
segunda demão de tinta.
Os padrões dos diferentes tipos de jateamento são normatizados
pela norma Petrobrás N - 9.
Tratamentos alternativos
Em algumas situações, as superfícies não podem ser jateadas. O
fundo não fica convenientemente preparado para a aplicação da
tinta, pois falta-lhe a limpeza adequada e/ou o nível de rugosida-
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de necessário. Nesses casos, são feitos tratamentos complementares:
• Fosfatização - Consiste na aplicação de uma solução fosfatizante na superfície. A fosfatização forma uma película rugosa.
Além de complementar a limpeza, aumenta a proteção contra
corrosão. A fosfatização é o pré-tratamento aplicado nas pinturas de carrocerias de automóveis, caminhões, carcaças de
eletrodomésticos.
• Wash primer - A aplicação do wash primer é necessária à
pintura de superfícies galvanizadas, de alumínio e ligas de
zinco e alumínio, aumentando a resistência à corrosão e promovendo maior aderência da tinta.
As superfícies galvanizadas não podem ser jateadas. O jateamento arranca o revestimento protetor (zinco metálico).
Exercícios
1. Antes de pintar uma superfície metálica, ela deve ser:
a) ( ) lixada;
b) ( ) engraxada;
c) ( ) preparada;
d) ( ) lavada;
2. A preparação de uma superfície metálica para pintura consta
de:
a) ( ) limpeza e eliminação de rugosidade;
b) ( ) limpeza e formação de rugosidade;
c) ( ) limpeza e raspagem;
d) ( ) formação de rugosidade e aplicação de base.
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3. A espessura total da película de pintura interfere na:
a) ( ) tinta selecionada;
b) ( ) rugosidade a ser formada;
c) ( ) qualidade da limpeza;
d) ( ) extensão da rugosidade.
4. Ferrugem, óleos, graxas e sais minerais são removidos por
meio de:
a) ( ) lavagem;
b) ( ) jateamento;
c) ( ) saponáceos;
d) ( ) desengraxe.
5. A limpeza da superfície que será pintada é importante porque
permite:
a) ( ) adesão perfeita da tinta ao metal;
b) ( ) polimento do metal;
c) ( ) consistência da tinta;
d) ( ) solidificação rápida da tinta.
6. A preparação da superfície envolve:
a) ( ) limpeza com solvente, inspeção e lavagem;
b) ( ) inspeção, limpeza com solvente e por ação mecânica;
c) ( ) observação prévia, lavagem e ação mecânica;
d) ( ) raspagem, lavagem e limpeza com solventes.
7. A rugosidade da superfície é feita:
a) ( ) mecânica ou quimicamente;
b) ( ) naturalmente;
c) ( ) automaticamente;
d) ( ) eletricamente.
8. A limpeza pode ser feita:
a) ( ) com ferramentas mecânicas, manuais, decapagem;
b) ( ) manual, com ferramentas mecânicas, por jateamento;
c) ( ) por jateamento, raspagem, usinagem;
d) ( ) manual, automática, mecânica, elétrica.
52
Gabarito
1. c
2. b
3. b
4. d
5. a
6. c
7. a
8. d
53
Processos de pintura
Um problema
A técnica de pintar é uma questão importante porque não basta
simplesmente passar tinta na superfície dos materiais. Uma série
de requisitos deve ser considerado para que a pintura atenda,
efetivamente, ao objetivo de proteger e conservar as peças tratadas.
Como aplicar a tinta?
Deve-se aplicar a tinta de modo a obter películas de qualidade,
com um custo compatível com o resultado esperado, e com a
redução do consumo de solventes orgânicos e das perdas. Para
isso, foram desenvolvidos diferentes processos de aplicação das
tintas.
A escolha do processo de pintura depende dos fatores:
• tipo de tinta a ser aplicada;
• tipo, quantidade e dimensões do objeto que será revestido;
• nível de acabamento desejado;
• local de aplicação: ambiente aberto ou fechado.
Processos e técnicas de pintura
A tinta pode ser aplicada por meio de trincha, rolo, pistola a ar
comprimido (pistola convencional), pistola hidráulica air less (sem
ar), pistola eletrostática; imersão em tinta eletrocondutora (eletroforética).
Trincha
Este é o recurso mais simples para aplicação de tintas. Apresenta
as seguintes características:
− é barato;
− não requer muita habilidade do pintor;
− a tinta pode ser aplicada praticamente sem diluição, proporcionando boa espessura;
− a perda de tinta é mínima;
− é de produtividade e rendimento baixos;
− espessura da película não fica uniforme, por mais hábil que
seja o pintor.
É necessário usar pincel na pintura de cordões de solda, em reentrâncias, cantos vivos etc. As cerdas preenchem as irregularidades da superfície.
exemplos de trinchas
Rolo
A pintura com rolo é um dos recursos mais utilizados. Apresenta
as seguintes características:
− obtenção de elevada espessura por demão;
− boa produtividade;
− espessura da película mais uniforme;
− pequena perda de tinta (respingos);
− necessidade de pouca diluição.
O rolo é utilizado na pintura de superfícies planas, ou com
grande raio de curvatura, em equipamentos de médio e grande
porte, bem como em edificações com estruturas metálicas ou
de alvenaria (pintura arquitetônica). Os rolos têm dimensões
variadas, possibilitando a pintura de tubulações e de estruturas
de menor porte.
Pistola a ar comprimido
Este recurso é amplamente utilizado em oficinas e em ambientes
abertos. Apresenta as seguintes características:
− grande produtividade;
− boa uniformidade da espessura da película;
− elevada diluição, com solventes, para possibilitar o escoamento
da tinta pelas mangueiras;
− ocorrência de falhas como poros, crateras e bolhas;
− perda excessiva de tinta.
A pintura em oficina apresenta riscos de segurança devido à elevada concentração de vapores de solventes. A oficina precisa
dispor, portanto, de sistemas de exaustão e de lavagem dos vapores e névoas de solventes e resinas, para evitar intoxicação e
contaminação.
Como pode ser observado nas figuras, existem duas configurações de instalação. Na primeira figura, o recipiente de tinta acoplado à pistola dificulta sua manipulação e exige interrup-
ções para recarga de tinta, devido ao tamanho pequeno do seu
copo.
exemplos de pistola convencional
com o recipiente acoplado
A segunda figura ilustra uma instalação em que o recipiente tem
um volume muito maior. Com isso, reduz-se a necessidade de
recargas. A manipulação da pistola fica mais fácil porque ela não
está acoplada ao recipiente. Portanto, têm-se as vantagens de
maior conforto, maior produtividade e de obtenção de película
mais uniforme.
A -
Pistola
B -
Mangueira de ar
C -
Mangueira para tinta
D -
Filtro regulador
E -
Recipiente
F -
Limpador de mangueira
G -
Motor a ar
H -
Filtro à vácuo
exemplos de pistola convencional
com o recipiente acoplado
No uso da pistola convencional, devem ser observados os seguintes cuidados:
− diluir a tinta de forma correta;
− selecionar bico da pistola adequado ao tipo de tinta;
− verificar pressão e vazão do ar para a tinta em uso.
As figuras mostram detalhes da técnica de aplicação da tinta, indicando posições e movimentos corretos e incorretos.
Pistola hidráulica air less (sem ar)
Neste processo, o ar aciona a bomba que impele a tinta, com
pressões de até 300 kg/cm2. A força com que a tinta chega ao
bico da pistola possibilita a pulverização.
As características desse processo são:
− aplicação de tintas com grandes quantidades de pigmento (tintas sem solvente), sem a necessidade de diluição, e em elevadas espessuras;
− diminuição de falhas como poros, crateras e bolhas;
− películas uniformes;
− elevada produtividade;
− redução de perda de tinta.
O uso da pistola sem ar possibilita melhor qualidade e mais tempo de vida útil à pintura. Entretanto, o custo da instalação é ele-
vado. Requer mão-de-obra qualificada e experiente para sua utilização, exigindo cuidados especiais de segurança devido às altas
pressões.
Pistola eletrostática
O processo consiste na aplicação de cargas elétricas, com sinais
opostos, na tinta e na superfície a ser revestida. As tintas utilizadas podem ser líquidas ou em pó.
Esse processo oferece as seguintes vantagens:
− película uniforme;
− alta produtividade;
− pouca perda de tinta.
As tintas aplicadas a pó são curadas em
estufa e apresentam as seguintes características:
− película de baixíssima porosidade;
− elevadas coesão e adesão;
− baixa resistência ao impacto e falta de
flexibilidade em películas com espessuras maiores que 0,5 (meio) milímetro;
−
películas uniformes em cantos vivos,
reentrâncias e superfícies irregulares.
exemplo de pistola eletrostática de tinta líquida
O processo de pintura eletrostática a pó vem sendo utilizado, cada vez mais, nas indústrias automobilísticas, de autopeças, de
eletrodomésticos, de móveis de aço, de ferramentas, de objetos
fabricados com arame e de outros acessórios. As tintas especialmente fabricadas para esse fim são caras. A pintura eletrostática
exige investimento elevado na compra dos equipamentos necessários.
Imersão em tinta eletrocondutora (eletroforética)
Esse tipo de pintura é um aperfeiçoamento do processo eletrostático. A pintura é feita por imersão total do corpo (peça, gabinete,
carroceria, cabine, chassi) na tinta líquida. A resina do veículo da
tinta forma cátions que são atraídos para a peça que está ligada
ao pólo negativo de um gerador de corrente contínua. O tanque
metálico está ligado ao pólo positivo do gerador. É utilizado somente em pintura de fábrica e apresenta as seguintes características:
− elevada produtividade;
− baixa perda de tinta;
− boa uniformidade da espessura da película.
Requer alto investimento, sendo utilizada somente em linhas de
montagem de produção seriada.
Exercícios
Marque com X a resposta correta:
1. O recurso mais simples usado para pintura é:
a) ( ) pistola;
b) ( ) trincha;
c) ( ) brocha;
d) ( ) espátula.
2. A pintura de cordões de solda, reentrâncias e cantos vivos é
feita com:
a) ( ) espátula;
b) ( ) pistola;
c) ( ) trincha;
d) ( ) rolo.
3. Quando se deseja pintura com alta espessura por demão,
recomenda-se o uso de:
a) ( ) pistola convencional;
b) ( ) rolo, pistola sem ar ou pistola eletrostática;
c) ( ) trincha;
d) ( ) pintura com tinta eletrocondutora.
4. Nas funilarias, é comum pintar com:
a) ( ) rolo;
b) ( ) trincha;
c) ( ) brocha;
d) ( ) pistola convencional.
5. As pinturas com aplicação de cargas elétricas são chamadas
de:
a) ( ) termoelétrica e rolo;
b) ( ) jateamento e trincha;
c) ( ) eletrostática e com tinta eletrocondutora;
d) ( ) rolo e com tinta eletrocondutora.
6
A pintura em que uma peça ou equipamento é imerso na tinta,
pode ser:
a) ( ) eletrostática ou por imersão;
b) ( ) banho de tinta ou a rolo;
c) ( ) eletrocondutora ou por imersão;
d) ( ) por imersão ou pistola convencional.
Gabarito
1. b
2. c
3
b
4. d
5. c
6. a
Recobrimento metálico
Um problema
Já sabemos que o tratamento de superfície tem, principalmente, a finalidade de proteger peças ou materiais da
corrosão e de outros tipos de desgaste.
Essa proteção pode consistir num tratamento por meio da
pintura. Outra proteção importante é o recobrimento
metálico de peças ou materiais.
O problema está na escolha de um destes dois tipos –
pintura e recobrimento metálico - para o tratamento de
superfícies. Conforme o tipo da peça desejada e a natureza do material que será usado, a pintura pode ser o tratamento adequado. Mas, em outros casos, é preferível o
recobrimento metálico à pintura.
Introdução
Para modificar ou proteger a superfície dos metais é
preciso levar em conta aspectos econômicos e funcionais.
Do ponto de vista econômico, o que se quer é proteger o
material de uma possível corrosão ou desgaste e, assim,
aumentar seu tempo de vida útil.
Os aspectos funcionais consistem na modificação da
superfície dos metais, de modo que eles adquiram certas
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qualidades, como boa aparência, maior dureza, novas
dimensões, capacidade de refletividade e condutividade.
Recobrimento metálico
Uma das formas de modificar as propriedades da superfície dos metais consiste no recobrimento metálico, método
pelo qual se deposita uma camada de outro metal sobre a
superfície da peça metálica. Às vezes, é possível depositar várias camadas de metais diferentes, ou até de ligas
metálicas, na peça que será tratada.
A aplicação correta de metal numa peça é aquela que
proporciona boa aderência ao depósito desejado e que
recobre toda a extensão da superfície de modo uniforme.
O recobrimento metálico é uma forma de revestimento
cujas características são estabelecidas em especificações
ou normas.
A escolha do metal ou liga de revestimento depende das
propriedades físicas e químicas dos metais, a saber:
vaporização, ionização, condensação, fusão, redução
(quando o metal se encontra dissolvido na forma de
íons), solidificação ou cristalização. Vejamos cada uma
dessas propriedades.
Vaporização é a mudança do estado líquido para vapor.
Ionização é um processo de ionizar um material de modo
que seus componentes adquiram carga elétrica positiva
ou negativa. Estando ionizada, cada partícula pode se
deslocar sob o efeito de um campo elétrico. Essa propriedade é muito utilizada nos recobrimentos metálicos e até
mesmo na deposição de tintas. Quando um metal se
apresenta na forma de íon, pode ser dissolvido na água,
formando soluções.
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Condensação é a passagem de vapor para o estado
líquido.
Fusão é a passagem do estado sólido para o estado
líquido.
Redução é um fenômeno químico e, numa das suas
manifestações, corresponde à passagem do íon para o
estado de metal.
Solidificação ou cristalização é a passagem do estado
líquido para o sólido. A temperatura de vaporização de
uma substância diminui à medida que se diminui à pressão a qual ela está submetida. Assim, muitos processos
de revestimento ou recobrimento metálico são feitos sob
pressão reduzida.
Processos de recobrimento metálico
Os processos mais empregados são:
• eletrodeposição (galvanização);
• imersão a quente (galvanização a fogo);
• deposição química.
Eletrodeposição
Nesse processo, os metais são dissolvidos em água na
forma de íons com cargas positivas. Os íons podem se
deslocar durante a passagem de uma corrente elétrica
(eletrólise). Os elétrons da corrente elétrica se deslocam
num condutor.
Os elétrons são fornecidos por uma fonte externa denominada retificador, uma máquina elétrica que transforma a corrente elétrica alternada em corrente contínua. A saída do retificador tem dois pólos: um positivo e
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outro negativo. O pólo negativo fornece elétrons que são
cargas negativas.
Durante a eletrólise, os elétrons - sendo cargas negativas
- neutralizam os íons carregados positivamente, transformando-os em metal.
A instalação de eletrodeposição é projetada de modo que
a peça que será revestida com metal fique sempre ligada
ao pólo negativo do retificador.
A eletrodeposição requer, no mínimo, um retificador, ou
fonte de corrente contínua; barramentos para conduzir a
corrente elétrica; tanque; solução, conhecida como banho; e os ânodos, que são os eletrodos que fecham o
circuito elétrico. Os ânodos são ligados ao pólo positivo
do retificador. O esquema, ao lado, ilustra a montagem.
A composição dos banhos varia. Cada banho atende a
determinadas necessidades técnicas. Atualmente, pesquisam-se banhos menos poluentes e que permitam depositar ligas zinco-níquel e zinco-ferro. Esses processos
protegem mais o aço contra a corrosão.
Eletrodeposição: processos de zincagem eletrolítica
Os processos de zincagem eletrolítica constam de três
tipos de banhos de:
• zinco alcalino com cianeto;
• zinco levemente ácido à base de cloretos;
• zinco alcalino sem cianeto.
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Banho de zinco alcalino com cianeto - Este banho é
usado em 80% dos casos de revestimento porque seu
emprego é bastante conhecido. Trata-se de um processo
barato, embora seja poluente e venenoso. Deve-se trabalhar com luvas, botas, avental e óculos de segurança.
Os outros dois processos têm menos uso porque são mais
sensíveis às impurezas e, em geral, mais caros.
Preparação do banho de zinco alcalino com cianeto O banho prevê os seguintes procedimentos:
a) selecionar a fórmula e pesar a matéria-prima utilizada;
b) encher o tanque até a metade com água;.
c) adicionar soda cáustica e agitar a água para dissolução;
d) adicionar o cianeto de sódio e agitar a mistura:
e) colocar óxido de zinco, aos poucos, com forte agitação;
f) adicionar o purificador e aguardar duas horas;
g) juntar o abrilhantador na quantidade recomendada
pelo boletim técnico do processo.
h) o próximo passo é limpar a peça e pendurá-la no
banho, com auxílio de um gancho de metal (de preferência, cobre).
A escolha da amperagem - Este é um dos pontos mais
importantes para se obter um bom resultado em qualquer
processo de eletrodeposição.
A amperagem depende da área e do formato geométrico
das peças que serão tratadas. Cada processo requer um
valor adequado e, no caso do banho de zinco com cianeto, esse valor é da ordem de 1 a 2 ampères por decímetro
quadrado da superfície que será recoberta.
Embora o zinco seja eficiente na proteção do aço contra a
corrosão, ele é corroído quando exposto ao ambiente. Por
esse motivo necessita de uma proteção adicional, que se
60
obtém por meio da cromatização, que é um póstratamento usado para proteger o zinco da corrosão
ambiental.
A peça zincada é mergulhada numa solução de cromato.
Essa solução reage com o zinco, formando uma película
de cromatos de zinco. As camadas de cromatos podem
ser obtidas em diferentes cores, desde que se variem as
condições do banho cromatizante.
Controle do banho de zinco alcalino com cianeto - O
controle do banho do zinco é feito por meio de análises
para determinar os teores de zinco, cianeto de sódio total
e soda cáustica total. De posse desses teores, faz-se a
correção do banho, adicionando os produtos que faltam.
As análises são feitas por químicos, em laboratório
equipado para os controles. Além do controle do banho,
as peças também são submetidas a testes de corrosão em
câmaras especiais. No interior dessas câmaras, simula-se
uma atmosfera corrosiva que atua sobre as peças. O
tempo em que a peça permanece fechada na câmara, sem
ser corroída, dá uma idéia da qualidade de proteção
oferecida pelo revestimento.
Recobrimento por imersão a quente
Esse tipo de tratamento também é conhecido como zincagem a fogo. Trata-se de um processo diferente do
anterior, principalmente porque não usa corrente elétrica
para depositar o metal.
O zinco é mantido em estado de fusão, a 450ºC, numa
cuba de aço aquecida por resistências elétricas ou maçaricos a óleo.
O pré-tratamento consta de desengraxamento e decapagem com ácido clorídrico, seguido de lavagens. Depois,
61
procede-se à fluxagem, que consiste em mergulhar a
peça numa solução de cloreto de amônio.
A peça permanece mergulhada no metal fundido por um
período que varia de 30 segundos a alguns minutos,
dependendo do formato e do tamanho da peça. A peça
deve entrar seca no banho porque a água, encontrando o
zinco numa alta temperatura, evapora instantaneamente
arremessando o zinco fundido a grandes distâncias.
Após a zincagem a fogo, as peças pequenas devem ser
centrifugadas, e as grandes, escorridas para a remoção do
excesso de zinco da superfície.
Deposição química
O processo consta da deposição de metais em solução
aquosa, sem passagem de corrente elétrica. É um processo vantajoso porque permite deposição em todas as
cavidades da peça, por mais escondidas que estejam.
Outras técnicas
Além dos processos descritos para recobrimento metálico, existem certas técnicas para depositar metais, como a
aspersão térmica em que um arame ou pó do metal é
introduzido num maçarico. O metal fundido é arremessado contra a peça e se solidifica, formando uma camada
metálica.
Vem sendo muito empregado um processo denominado
plasma, no qual os óxidos de metais são fundidos em
temperaturas muito altas e arremessados contra a peça.
Desse modo, a peça é revestida com uma camada de
altíssima dureza e com grande resistência à abrasão.
Teste sua aprendizagem. Faça os exercícios a seguir e
confira suas respostas com as do gabarito
62
Exercícios
1. A vaporização é a passagem do estado líquido para:
a) ( ) sólido;
b) ( ) vapor;
c) ( ) líquido;
d) ( ) geléia.
2. Um processo muito utilizado para depositar metais é
a:
a) ( ) eletrocorrosão;
b) ( ) eletrocoagulação;
c) ( ) eletrocussão;
d) ( ) eletrodeposição.
3. A fonte de corrente contínua muito usada em eletrodeposição é:
a) ( ) retificador;
b) ( ) acendedor;
c) ( ) carburador;
d) ( ) normatizador.
4. O pólo negativo fornece:
a) ( ) pósitrons;
b) ( ) elétrons;
c) ( ) cargas positivas;
d) ( ) cargas positivas e negativas.
5. O processo de zincagem mais empregado tem na sua
formulação:
a) ( ) cianetos;
b) ( ) cianatos;
c) ( ) cloretos;
d) ( ) nitratos.
6. A seqüência da adição dos produtos na preparação do
banho é:
a) ( ) cianeto de sódio, soda cáustica e óxido de zinco;
63
b) ( ) óxido de zinco, cianeto de sódio e soda cáustica;
c) ( ) soda cáustica, cianeto de sódio e óxido de zinco;
d) ( ) cianeto de sódio, óxido de zinco e soda cáustica.
7. A cromatização serve para:
a) ( ) lubrificar o zinco;
b) ( ) corroer o zinco;
c) ( ) proteger o zinco;
d) ( ) aumentar a espessura do zinco.
8. No processo de imersão a quente, o zinco se encontra:
a) ( ) sólido;
b) ( ) fundido;
c) ( ) condensado;
d) ( ) frio.
9. Uma característica importante da deposição química
é:
a) ( ) uniformidade na espessura do depósito;
b) ( ) desigualdade de cores no depósito;
c) ( ) altíssima dureza dos metais depositados;
d) ( ) permitir que se aplique corrente elétrica.
Gabarito
1. b
2. d
3. a
4. b
5. a
6. c
64
7. c
8. b
9. d
65
Controle de qualidade
Um problema
Como saber se um tratamento de superfícies metálicas atingiu
bom nível de qualidade? Uma tendência, atualmente, é a de
atribuir ao profissional a responsabilidade pelo seu próprio
trabalho, incluindo a verificação do nível de qualidade alcançado.
Desse modo, o profissional, hoje, deve estar sempre atualizado e
conhecer muito bem o seu trabalho. Esse conhecimento deve
possibilitar os controles da matéria-prima, do processo de fabricação e do acabamento do produto.
Controle
O controle da matéria-prima é feito por meio de ensaios, de
acordo com normas estabelecidas.
A fabricação de produtos pode ser controlada por processos
estatísticos, conhecidos como controle estatístico do processo
(CEP).
Para controlar o produto acabado, faz-se uma comparação entre
o produto e a amostra tida como ideal.
Uma das dificuldades do controle de qualidade é a de que uma
peça com boa aparência nem sempre atende aos requisitos de
qualidade. Por sua vez, o controle por ensaios torna-se muito
caro, porque o material empregado num ensaio é descartável.
62
Controle de qualidade de tratamento de superfícies
Para analisar e controlar a qualidade de um tratamento de superfícies metálicas, é necessário que se saiba, em primeiro lugar,
qual o objetivo do tratamento e a que local a peça se destina. Por
exemplo: ambiente de indústria, marinho, urbano; local úmido, em
contato, ou não, com algum produto químico. É preciso saber,
ainda, qual a vida útil desejada para a peça tratada e a que tipos
de esforços ela será submetida.
Quanto ao objetivo ou finalidade do tratamento, são possíveis
quatro situações de tratamento:
• proteger uma peça da corrosão, sem preocupação com sua
aparência. Por exemplo: revestir arames com zinco, proteger
torres de alta tensão com galvanização a quente e com aplicação de tintas zarcão e alumínio;
• proteger o metal-base da corrosão e atender a outra finalidade
como, por exemplo, depositar ouro na peça, possibilitando um
bom contato elétrico;
• proteger a peça da corrosão e dar-lhe aspecto decorativo
como, por exemplo, a pintura de um veículo.
• tratar uma superfície para que ela possa ficar bem lubrificada e
resistente ao desgaste.
A qualidade de um tratamento depende da configuração física da
peça. O projetista e o operador encarregados do tratamento
devem trabalhar em conjunto na elaboração do desenho da peça,
levando-se em conta os aspectos que possibilitem um tratamento
de boa qualidade. Por exemplo:
• evitar arestas vivas (são preferíveis arestas arredondadas com,
no mínimo, 1mm de raio);
• os furos devem ter o diâmetro maior do que a profundidade;
• nas ranhuras, a largura deve corresponder, no mínimo, a três
vezes a sua profundidade;
• prever, no projeto, a possibilidade de se lavar a superfície, sem
que ela retenha líquidos durante essa limpeza.
63
Avaliação do pré-tratamento
Para saber se um pré-tratamento apresenta qualidade, precisamos avaliar o polimento, o desengraxamento e a decapagem.
Avaliação do processo de polimento - Neste caso, observa-se
a peça a olho nu, ou com o auxílio de uma lupa ou microscópio,
para verificar se ela apresenta riscos e porosidades no metalbase.
Quando se trata de peça retificada, o rugosímetro é indispensável para se controlar a qualidade do acabamento. São detectadas
irregularidades da ordem de mícrons, por meio de um apalpador
com uma agulha que percorre determinado trecho da superfície
da peça. O estado da superfície é reproduzido num papel gráfico.
Avaliação do processo de desengraxamento - O objetivo é
verificar se óleos e graxas foram removidos da superfície da
peça. Vários métodos podem ser empregados:
− a formação da lâmina contínua de água na superfície;
− a aderência de carvão ativo;
− o deslocamento galvânico de cobre;
− a fluorescência.
No primeiro caso, o desengraxamento pode ser considerado bom
quando a peça, submetida a uma corrente de água, apresenta
uma lâmina d’água contínua sem o aparecimento de ilhas secas
na superfície. É comum referir-se a essas ilhas secas como
sendo “quebras d’água”.
No segundo caso, a peça é mergulhada num recipiente que
contém uma suspensão de 5 g/λ de carvão ativo. Quando a peça
é retirada, o carvão fica retido nos locais em que houver óleo ou
graxa.
No terceiro caso, submete-se a peça a uma substância que é um
corante fluorescente solúvel em óleo e, em seguida, a uma luz
ultravioleta. A intensidade da fluorescência indica o grau de
contaminação da superfície por óleos ou graxas.
64
Para o quarto caso, faz-se a imersão da peça numa solução de
sulfato de cobre. Em peças de base ferrosa, as zonas limpas
apresentam uma fina película de cobre e, nos locais onde ainda
houverem resíduos oleosos, o depósito é falho ou de má aparência.
Avaliação do processo de decapagem - É feito por exame
visual para verificar se todos os óxidos foram removidos.
Controle dos banhos (soluções) de pré-tratamento
Grande parte do êxito no pré-tratamento se deve a um bom
controle da composição das soluções usadas. Um técnico químico, num laboratório, faz o controle e mantém a concentração dos
banhos (soluções).
A função do químico é mais ampla do que apenas analisar os
banhos. Os metais se comportam de modo diferente ao serem
submetidos a produtos químicos, e o técnico deve indicar os
produtos adequados às diversas tarefas do tratamento de superfície dos metais.
Controle dos banhos desengraxantes
De modo geral, as concentrações dos banhos são determinadas
por meio de técnicas de laboratório, denominadas técnicas de
titulação.
A vida útil de um banho desengraxante depende muito da quantidade de óleos e gorduras que estiverem dispersos nele. A concentração de oleosidade é difícil de ser determinada.
Essa dificuldade e o fato de os desengraxantes serem relativamente baratos fazem com que seja mais conveniente estabelecer
um tempo de vida útil para os banhos e, depois, descartá-los,
substituindo-os por banhos novos.
65
Controle dos banhos decapantes
Na maior parte das vezes, os decapantes são soluções ácidas
cuja concentração é identificada com as mesmas técnicas empregadas para os desengraxantes.
Em algumas situações, é importante determinar o teor de ferro
que tende a aumentar com o tempo, como acontece com os
decapantes de ferro à base de ácido sulfúrico.
O químico, que sabe como os metais se comportam nos diferentes ácidos, especifica o produto e a concentração do banho ideal
para um determinado metal.
Controle dos processos de tratamento de superfície
Sempre que for especificada uma determinada concentração, ela
deve ser mantida por meio de métodos adequados. A concentração do banho tem de ser verificada periodicamente pela comparação com soluções-padrão, de modo a evitar erros de análise.
O controle estatístico do processo é um meio de grande valor no
controle e manutenção dos banhos.
Deve-se adotar um caderno de ocorrências, principalmente
quando o serviço se desenvolver em turnos de produção. O
caderno de ocorrências serve de guia para que o próximo turno
possa se inteirar dos acontecimentos ocorridos, como, por
exemplo, curto-circuitos, queima de motores, vazamentos em
tanques, troca de filtros, reforços efetuados em determinados
banhos.
Os valores das concentrações, temperaturas, pressões devem
ser registrados em formulários e mantidos em local visível a
todos. O controle dessas variáveis aumenta a confiança na
qualidade do produto.
66
Controle de qualidade do produto final
As peças produzidas são analisadas por meio de diferentes
técnicas e métodos, para se verificar se estão de acordo com
uma determinada especificação, norma ou amostra. São realizadas medições, testes e ensaios, os mais variados possíveis.
Alguns são adotados com maior freqüência: ensaio de aderência, medição da espessura do depósito, teste de exposição a
radiações ultravioleta e ensaio de corrosão em diferentes
meios.
Devemos usar técnicas e métodos normalizados sempre que
possível.
A falta de aderência é um dos defeitos mais freqüentes de tratamento de superfície de metais. Pode se manifestar na forma de
uma lâmina de metal ou tinta que se solta e é removida com
facilidade. Trata-se de um defeito grave, pois deixa a peça
desprotegida. Geralmente, esse defeito decorre de pré-tratamento
malfeito.
Os ensaios para identificar a aderência são de difícil execução,
requerendo preparação cuidadosa da amostra. Os ensaios mais
utilizados são os de dobramento, corte, lima, choque térmico.
Verifica-se a espessura de revestimento de um produto para
saber se ela está adequada. Se a espessura estiver acima da
especificação, há a desvantagem de um custo elevado sem
necessidade. Se a espessura estiver abaixo do especificado, a
proteção da peça fica comprometida. Por isso, é importante o
controle da espessura do revestimento.
Como a espessura do depósito não é uniforme ao longo de toda a
peça, convém efetuar medições em diferentes pontos, identificando as regiões de menor espessura. Existem muitos métodos
para a medição de espessura. Os mais empregados são
o
magnético (ISO 2178), o metalográfico (ISO 1463), o coulométrico (ISO 2177); o químico, o de raios β (beta) e o de raios X.
67
O método magnético se baseia na atração do metal-base a um
imã apoiado na peça. É empregado em metal-base magnético
com revestimento não magnético. É o caso, por exemplo, de
depósito de zinco ou de tintas sobre ferro.
O método metalográfico consta das técnicas de corte do corpo
de prova, embutimento em resina, lixamento, polimento, ataque
químico e observação no microscópio metalográfico.
O método coulométrico aplica o princípio inverso da eletrodeposição. Um retificador é usado para aplicar corrente elétrica entre a
peça e uma célula de metal que é apoiada sobre o local onde se
quer medir a espessura do depósito.
A área de contato da célula com a peça é bem determinada.
Coloca-se na célula um eletrólito específico para o metal que será
medido e aplica-se corrente elétrica de grande estabilidade com
auxílio do retificador.
A peça é ligada ao pólo positivo e a célula, ao pólo negativo.
O tempo necessário para remover o revestimento é proporcional
à espessura do depósito.
O aparelho converte o tempo diretamente em micrômetros de
espessura.
A vantagem é que se pode medir vários metais num mesmo local
apenas trocando o eletrólito usado na célula.
Neste método, o revestimento é destruído, porém a peça pode
ser recuperada.
Com o método químico, remove-se o metal de revestimento de
uma área demarcada, usando-se um reagente. Determina-se,
então, o peso do metal removido. Relaciona-se peso, volume e
68
densidade do metal numa fórmula matemática e determina-se a
espessura do depósito.
Os métodos que empregam raios X e raios β (beta) servem para
medir com precisão espessuras muito finas. Por isso, são usados
em situações em que se deposita ouro sobre um metal, como é o
caso das fábricas de bijouterias e de equipamentos eletrônicos.
Além desses métodos existem os ensaios acelerados de corrosão. Nesses ensaios, as peças são submetidas a condições de
corrosão acelerada. O objetivo, portanto, é avaliar a qualidade do
revestimento aplicado.
Esse conjunto de técnicas e métodos constitui o principal meio
para se alcançar um bom nível de qualidade das superfícies
metálicas tratadas.
Exercícios
1. O controle da matéria-prima utilizada nos banhos é feito por
meio de:
a) ( ) paquímetro;
b) ( ) observação;
c) ( ) ensaios;
d) ( ) metro.
2. A fabricação de produtos pode ser controlada por meio de:
a) ( ) supervisão;
b) ( ) controle estatístico do processo (CEP);
c) ( ) programa de controle (PC);
d) ( ) inspeção.
3
O controle da qualidade de pré-tratamento consiste na avaliação de:
a) ( ) decapagem, limpeza, oleosidade;
b) ( ) desengraxamento, limpeza, brilho;
c) ( ) limpeza, oleosidade, polimento;
69
d) ( ) polimento, desengraxamento, decapagem.
4
Para controlar espessura de revestimento de uma peça com
depósito de zinco sobre ferro, usa-se o método:
a) ( ) magnético;
b) ( ) metalográfico;
c) ( ) coulométrico;
d) ( ) químico.
5
O método mais preciso para determinar espessuras finais é o:
a) ( ) método magnético;
b) ( ) método metalográfico;
c) ( ) método químico;
d) ( ) método raio X e raio β.
6
O método de medição que se baseia na atração ao metal
base por um imã é o:
a) ( ) método metalográfico;
b) ( ) método magnético;
c) ( ) método coulométrico;
d) ( ) método raio X e raio β.
7
O método que se utiliza de microscópio para determinar a
espessura de camadas é o:
a) ( ) método químico;
b) ( ) método magnético;
c) ( ) método metalográfico;
d) ( ) método coulométrico.
Gabarito
1. c
2. b
3. d
4. a
5. d
6. b
7. c
70
Tratamento de efluentes
Um problema
A preservação do meio ambiente constitui um dos principais
desafios ao governo brasileiro e, em especial, às indústrias,
principalmente no que se refere a tratamento de efluentes.
O tratamento de superfícies metálicas, por exemplo, ocasiona
problemas relacionados à preservação do meio ambiente e ao
trabalhador. A toxidez dos produtos químicos utilizados exige
cuidados por parte de quem lida com eles, e procedimentos
adequados ao descarte de resíduos metálicos e químicos.
Nesta aula serão abordados esses assuntos, a partir da identificação dos produtos químicos usados em tratamento de superfícies metálicas e dos cuidados que se deve ter durante e após a
realização do trabalho.
Cianeto
Atualmente esse produto é citado como forte poluidor de nossos
rios, em regiões altamente industrializadas.
Três tipos de cianeto são muito utilizados em tratamento de
superfícies de metais: o cianeto de sódio, o cianeto de potássio
e o cianeto de cobre. Em menor quantidade, utiliza-se cianeto de
zinco,
de cádmio, de prata e de ouro, conhecido como “sal de
ouro”.
Os cianetos apresentam problemas que devem ser conhecidos e
divulgados. Em contato com ácidos, mesmo diluídos, com vapo-
71
res de ácidos e vapor de água, os cianetos liberam gás cianídrico
que é extremamente venenoso.
Quando o trabalhador aspira gás cianídrico, o oxigênio deixa de
circular no sangue causando morte por sufocação (asfixia).
Os sais de cianeto são menos perigosos quando ingeridos, pois
sua absorção é mais demorada. Entretanto, sempre causam
danos ao organismo. Também é preciso evitar o despejo de
soluções nas canaletas que atravessam a instalação. Muitos
funcionários acreditam que essas canaletas estão sempre limpas,
ignorando que elas possam ter produtos perigosos. Por exemplo:
ácidos em contato com soluções de sulfeto, liberam gás sulfídrico,
com cheiro forte e característico; misturas de ácidos com cianetos
liberam um gás incolor dificilmente percebido.
Por isso, é necessário deixar escoar bastante água pelas canaletas antes, de utilizá-las. O cianeto absorvido em pequenas doses,
de forma constante, pode ser causa de dores de cabeça, perda
de apetite, fraqueza, náuseas, e irritações das vias respiratórias
superiores.
Ácido sulfúrico
Esse ácido concentrado pode causar sérias queimaduras, com
destruição rápida dos tecidos cutâneos. Sua ingestão, em pequenas quantidades diluídas, pode não ser tão nociva. Porém, a
constante aspiração dos seus gases ataca as vias respiratórias,
podendo ocasionar bronquite crônica. O contato direto com os
dentes destrói o esmalte dentário.
Freqüentemente, as pessoas colocam as mãos nas soluções por
desconhecerem o risco que correm. Trata-se de um procedimento perigosíssimo, pois, se as soluções penetrarem
profunda-
mente na pele, causarão sérias ulcerações e dores intensas.
Os acidentes ocorrem sempre que se desvia um pouco dos
procedimentos normais.
72
Compostos de cromo
Os compostos de cromo, como o ácido crômico ou os cromatos,
têm efeitos corrosivos na pele e, de modo especial, nas mucosas.
Esses produtos afetam, principalmente, a parte interna da boca e
do nariz, provocando lesões que cicatrizam com muita lentidão.
As lesões no nariz são purulentas e formam crostas. Já as lesões
de ácido crômico a 20% causam cegueira, quando atingem os
olhos da pessoa.
Solventes clorados
A ação desses produtos varia bastante em função da natureza
das substâncias. Algumas são altamente tóxicas e seu efeito
narcótico pode causar vertigem e desmaios após algum tempo de
inalação.
Entre produtos dessa natureza, três deles são muito utilizados
pela indústria, em razão de suas excepcionais qualidades como
desengraxantes: tricoretileno, percloretileno e tricloretano.
Os sintomas de envenenamento com esses produtos são náuseas freqüentes, vômitos, perda de peso e amarelamento da pele
e dos olhos. Também podem ocorrer sérios problemas no fígado,
coração, sistema nervoso e rins. Algumas mortes relacionadas
com o coração têm sido causadas pela inalação de tricloretileno.
Também são comuns os acidentes durante a limpeza de tanques
de desengraxamento com solventes clorados. Os vapores desses
produtos são pesados e permanecem no fundo do tanque.
Expulsam o ar, podendo sufocar o operador. Em vários casos,
operadores foram encontrados mortos no fundo do tanque, o que
poderia ser evitado se o trabalho fosse feito por duas pessoas.
73
Compostos de níquel
O contato com sais de níquel ou com o próprio metal causa
dermatite (afecções da pele) em pessoas com predisposição para
essa doença. A irritação ocorre em ambientes nos quais a temperatura e a umidade são mais altas que o normal.
Compostos de cobre
O contato prolongado com compostos de cobre causa vômito,
dores gástricas, convulsão e choque. Têm ocorrido casos de
danos ao rins e ao sistema nervoso, e de aumento do volume do
fígado.
Compostos de cádmio
São extremamente venenosos, comprometendo rins e vias
respiratórias, quando inalados em forma de pó ou fumos. Por
esse motivo, os resíduos de cádmio nunca devem ser incinerados, e as mãos e braços do operador devem ser bem lavados,
após manuseio de compostos de cádmio.
Ácido clorídrico
Esse ácido é extremamente corrosivo. O contato com os olhos
provoca cegueira e, se ingerido, ocasiona queimaduras no
esôfago e na boca. Inalado, seus vapores causam tosse e sufocação, além de queimaduras nas fossas nasais e na traquéia.
Ácido nítrico
Os vapores desse ácido, tal como os de ácido clorídrico, sufocam
e atacam as mucosas da boca e do esôfago, e podem causar
queimaduras. Em contato com metais, liberam gás nitroso, de
74
coloração marrom, extremamente tóxico. As queimaduras da pele
com esse ácido são graves, destruindo os tecidos rapidamente.
Solventes
Os solventes são empregados na formulação de tintas. Há muito
tempo são responsáveis por moléstias respiratórias. Mas pesquisadores vêm desenvolvendo tintas à base de água, e modificando
a técnica de aplicação tornando mais segura a operação de
pintura.
Tanques aquecidos
Determinadas soluções são aquecidas a temperaturas de 80ºC a
90ºC. Em alguns processos utiliza-se água quente, próxima à
fervura, para secagem de peças. Uma queda do operador nesses
tanques pode ser fatal, se não houver socorro imediato.
Poluição das águas
Quem não gostaria de descansar, numa tarde ensolarada, às
margens de um rio? O que antigamente era tão comum, hoje é
quase impossível porque os rios, de modo geral, estão poluídos.
Grande parte dessa poluição se deve ao desenvolvimento industrial. Mas a poluição é, também, um problema da comunidade.
A indústria de tratamento de superfície de metais é, sem dúvida,
uma das mais poluentes, pois faz uso de um número muito
grande de produtos químicos, misturados com água, que são
descartados quase sempre num rio.
Os principais elementos poluidores da indústria de tratamento de
superfícies metálicas são os próprios resíduos metálicos, provenientes dos diversos processos empregados.
75
Outros produtos de natureza não metálica respondem, em escala
menor, pela poluição. É o caso do cianeto, fosfato, fluoreto e
nitrato.
Os poluentes podem se apresentar nos estados sólido, líquido e
gasoso. Os poluentes sólidos provêm das operações de lixamento, polimento e jateamento. São removidos por técnicas de
tratamento do pó, que passa por filtros de abertura que seguram
as partículas sólidas. Outra técnica é a da eletrostática. Os
efluentes gasosos passam por colunas de absorção ou colunas
lavadoras de gases e são transformados em efluentes líquidos.
O tratamento desses líquidos exige conhecimento de química e
físico-química para que os efluentes sejam tratados de acordo
com a legislação. A lei estabelece os limites máximos de poluentes que podem ser lançados numa rede receptora.
Os metais, na forma de material solúvel, são mais poluentes
porque se infiltram no subsolo, atingindo facilmente os lençóis
subterrâneos de água. Portanto, deve-se purificar a água antes
de lançá-la em rios. Essa purificação consiste em remover os
metais da água. O processo mais usado para isso é conhecido
como precipitação. O tratamento é feito em tanques projetados
especialmente para esse fim.
São necessários procedimentos especiais para a destruição de
compostos de cianetos ou de cromo, antes da precipitação. Os
reagentes devem ser bem dosados. Se forem usados na quantidade errada, podem poluir mais ainda a água que queremos
descartar.
No processo de precipitação, os metais, após se tornarem insolúveis, são arrastados para o fundo do tanque, formando um lodo. A
água limpa, livre dos metais, é retirada por um sistema de tubulações, e o lodo é encaminhado para um sistema de filtros que
remove até 80% da água.
Mas nem sempre é possível eliminar completamente todos os
metais das águas. Nesse caso, recorre-se a processos mais
modernos como, por exemplo, as desmineralização com resinas
76
de troca iônica ou com membranas que permitem a osmose
reversa.
As dimensões das estações de tratamento dos efluentes e o
gasto com reagentes são proporcionais ao volume da água que
será tratada. Por isso, devemos nos esforçar para diminuir ao
máximo o consumo de água sem, contudo, prejudicar a qualidade
do serviço.
Exercícios
1. Um trabalho completo de tratamento de superfícies metálicas
deve levar em conta o tratamento de:
a) ( ) metais;
b) ( ) tanques;
c) ( ) efluentes;
d) ( ) soluções.
2. As indústrias são responsáveis, em grande parte, pela:
a) ( ) legislação da preservação ambiental;
b) ( ) poluição dos rios;
c) ( ) caça e pesca;
d) ( ) extinção do oxigênio.
3. A segurança do trabalhador depende do conhecimento que
ele tem a respeito de:
a) ( ) processos de produção;
b) ( ) produtos químicos e suas reações;
c) ( ) trabalho em célula;
d) ( ) tratamento de superfícies.
77
4. A inalação de solventes clorados causa:
a) ( ) crise de choro;
b) ( ) tremor;
c) ( ) cegueira;
d) ( ) vertigem e desmaio.
5. O contato com compostos de níquel causa:
a) ( ) afecção da pele;
b) ( ) diarréia;
c) ( ) cegueira;
d) ( ) vertigem.
6. As inalação de vapores de ácidos causa queimaduras na:
a) ( ) traquéia;
b) ( ) boca;
c) ( ) mão;
d) ( ) pele.
7. Poluentes sólidos são provenientes de:
a) ( ) decapagem;
b) ( ) lavagem;
c) ( ) polimento;
d) ( ) secagem.
Gabarito
1. c
2. b
3. b
4. d
5. a
6. a
7. c
78

Tratamento térmico

Transcrição

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