Peças metálicas em pó à base de ferro têm uma ampla gama de aplicações, como motores automotivos, caixas de câmbio, motocicletas, eletrodomésticos e ferramentas elétricas. No entanto, essas peças geralmente apresentam baixa dureza, resistência limitada à corrosão e baixa estanqueidade devido à presença de minúsculos poros na estrutura da matriz.
O tratamento a vapor, também conhecido como escurecimento a vapor, é uma maneira simples e econômica de melhorar as propriedades mecânicas dos seus produtos de metalurgia do pó à base de ferro, melhorando sua durabilidade e desempenho geral.
Conteúdo
O que é tratamento a vapor na metalurgia do pó?
O tratamento a vapor é um processo de tratamento de superfície usado para produtos à base de ferro peças de metalurgia do pó, onde as peças são expostas a vapor d'água superaquecido e supersaturado. Isso causa a formação de uma camada densa e dura de magnetita (Fe₃O₄) na superfície e dentro dos poros interconectados. A camada de óxido adere firmemente à base metálica, melhorando a dureza, a resistência à corrosão, a resistência ao desgaste e o desempenho da vedação.
Processo de tratamento a vapor
O tratamento a vapor é uma operação secundária realizada após processo de sinterização para aprimorar certas propriedades funcionais de uma peça. Estas podem incluir tolerância dimensional, resistência à corrosão ou aparência superficial aprimoradas.
- Primeiro, as peças de ferro sinterizado são limpas para remover qualquer óleo e contaminantes da superfície e, em seguida, colocadas no forno de tratamento a vapor.
- O nitrogênio é introduzido para purgar o ar da câmara.
- Quando a temperatura do forno sobe acima de 100 °C, o vapor de água é introduzido.
- A temperatura é então aumentada para entre 500 e 570 °C e mantida por 1 a 2 horas para permitir a formação da camada de óxido.
- Depois, o forno é resfriado para abaixo de 300 °C. O nitrogênio é reintroduzido para purgar o vapor de água residual e o hidrogênio, e as peças tratadas são então removidas.
Quando a temperatura é de 500-570℃, a magnetita se forma de acordo com a reação:
3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂
Quando a temperatura ultrapassa 570 °C, o ferro pode reagir com a água para formar óxido de ferro e hidrogênio:
4Fe + 3H₂O → 2Fe₂O₃ + 3H₂
3FeO + H₂O → Fe₃O₄ + H₂
Vantagens do Tratamento a Vapor
Melhor resistência à corrosão
O tratamento a vapor produz uma camada protetora densa e estável de óxido ferroférrico, que pode proteger eficazmente peças sinterizadas à base de ferro da corrosão por água, oxigênio ou outros produtos químicos.
Melhor estanqueidade
Durante o processo de escurecimento a vapor, o vapor de água entra nos poros abertos da peça sinterizada e também forma uma película de óxido dentro da parede do poro, bloqueando assim os microporos e reduzindo o vazamento de gás ou líquido.
Força aprimorada
Através do processo de escurecimento, os poros internos das peças sinterizadas são preenchidos, melhorando também a resistência à compressão.
Dureza Melhorada
O óxido de ferro gerado pelo tratamento a vapor tem alta dureza, o que melhora a dureza das peças de metalurgia do pó à base de ferro e pode atingir 90 HRB.
Boa estética
Após o escurecimento, as peças à base de ferro da metalurgia do pó podem ter uma aparência uniforme azul-escura, o que melhora a estética.
Custo-benefício
Comparado com galvanoplastia, tratamento térmico e outros processos, o equipamento de escurecimento a vapor é simples, tem baixo consumo de energia e não emite poluição por metais pesados.
Aplicações típicas do tratamento a vapor
Peças de compressor de geladeira
O tratamento a vapor melhora significativamente a estanqueidade das peças, o que é especialmente valioso para peças como refrigeradores placas de válvulas do compressor, bielas e pistões, que trabalham sob pressão e exigem vedação confiável.
Componentes de amortecedores
O escurecimento a vapor melhora a superfície de peças de amortecedores sinterizados aumentando a dureza, selando microporos e aumentando a resistência ao desgaste e à corrosão. Isso resulta em pistões mais duráveis, com desempenho confiável em condições exigentes.
Peças do motor
A camada de óxido formada durante o tratamento a vapor protege os componentes sinterizados do motor contra ferrugem em ambientes de alta temperatura e umidade, além de reduzir o desgaste causado pelo movimento contínuo. Aplicações típicas incluem: polia de sincronismo, engrenagens do eixo de comando, polias da bomba de água e Rodas dentadas VVT.
Componentes de fechadura de porta
O tratamento a vapor aumenta a durabilidade de peças de fechadura sinterizadas como cames, travas, pinos e alojamentos, melhorando a dureza da superfície, a resistência à corrosão e a resistência ao desgaste, garantindo desempenho de longo prazo em ambientes adversos.
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Perguntas frequentes
Por que algumas peças sinterizadas à base de ferro tratadas a vapor apresentam manchas vermelhas?
Ao observar uma peça à base de ferro, a superfície pode parecer vermelha e, às vezes, podem aparecer grandes flocos que se desprendem facilmente. Isso ocorre devido à produção de Fe₂O₃ (óxido de ferro vermelho). Isso geralmente ocorre quando a concentração de hidrogênio no forno está muito baixa e a temperatura excede 400 °C, fazendo com que o Fe₃O₄ oxide ainda mais, transformando-se em Fe₂O₃.
Para evitar isso, você deve garantir que o forno a vapor tenha um bom fluxo de gás, que a reação produza hidrogênio suficiente e que uma atmosfera redutora seja mantida para estabilizar a formação de Fe₃O₄ na peça.
Por que algumas peças de metal em pó tratadas com vapor apresentam manchas branco-acinzentadas na superfície?
Isso geralmente é causado por fluido de corte ou resíduos de óleo na superfície da peça sinterizada antes do tratamento a vapor. Esses resíduos formam uma película que impede a reação do vapor com a superfície do ferro, dificultando a formação de Fe₃O₄. Para evitar isso, você deve limpar, jatear ou pré-aquecer a peça adequadamente a cerca de 380 °C antes do tratamento a vapor para remover contaminantes da superfície.
Por que as peças tratadas com vapor desenvolvem microfissuras e se tornam quebradiças?
Isso é causado pela formação excessiva de Fe₃O₄, que é duro, mas quebradiço. Peças de metalurgia do pó de baixa densidade oxidam rapidamente durante o tratamento a vapor, aumentando a dureza, mas reduzindo a resistência. Para evitar a fragilidade, reduza o tempo de tratamento a vapor — reduza-o em 5 a 15 minutos para peças de paredes finas e ajuste-o adequadamente para peças mais espessas.