Que cuidados deve-se ter com relação a atmosfera oxidante dos fornos durante um tratamento térmico?

Passo 1

O enunciado pergunta quais cuidados tomar em relação à atmosfera oxidante de fornos durante um tratamento térmico. O conteúdo envolve metalurgia e tratamento térmico de aços e ligas metálicas, em particular os fenômenos de oxidação, formação de escamas e decarburização superficial. Para responder, vamos revisar por que a atmosfera oxidante é prejudicial e que parâmetros devem ser controlados para proteger a peça.

Passo 2

Entender o problema da atmosfera oxidante. Em presença de oxigênio ou vapor de água em excesso, durante o aquecimento:
  • Formam-se óxidos de ferro \mathrm{FeO}, \mathrm{Fe_2O_3}, \mathrm{Fe_3O_4}, gerando escamas que aderem à superfície.
  • O oxigênio promove decarburização, reduzindo o teor de carbono na camada superficial e comprometendo propriedades mecânicas.

Passo 3

Controlar a pressão parcial de oxigênio \mathrm{pO_2} e o ponto de orvalho da atmosfera. Para isso:
  • Usar analisador de gás de processo para monitorar \mathrm{pO_2};
  • Manter \mathrm{pO_2} abaixo de valores típicos de estabilidade do carbono (por exemplo \mathrm{pO_2}<10^{-10} atm em algumas etapas);
  • Controlar o ponto de orvalho \mathrm{dp} com secagem do gás: normalmente deseja-se \mathrm{dp}<-30^\circ\mathrm{C} para evitar vapor de água e formação de óxidos hídricos.

Passo 4

Optar por atmosferas protetoras adequadas. As mais comuns são:
  • Gases inertes (argon, nitrogênio industrial): garantem \mathrm{pO_2} muito baixa;
  • Misturas redutoras (endo-gás: \mathrm{N_2}+, \mathrm{H_2}+, \mathrm{CO}): equilibram reações para evitar oxidação e decarburização;
  • Vácuo: elimina praticamente todo o oxigênio residual.

Passo 5

Assegurar bom dimensionamento e manutenção do forno:
  • Vazão e distribuição do gás devem ser homogêneas para evitar zonas quentes com oxigênio residual;
  • Verificar regularmente vedação de portas e juntas para evitar infiltração de ar externo;
  • Limpeza periódica do interior do forno e dos sistemas de tratamento de gás para remover resíduos de óxido e evitar contaminações.

Resposta

  • Controlar a pressão parcial de oxigênio \mathrm{pO_2} para valores muito baixos (por exemplo \mathrm{pO_2}<10^{-10} atm).
  • Manter o ponto de orvalho \mathrm{dp} da atmosfera abaixo de -30^\circ\mathrm{C} para eliminar vapor de água.
  • Usar atmosferas inertes (Ar, N_{2}), redutoras (endo-gás) ou vácuo, conforme o grau de proteção exigido.
  • Garantir vazão e distribuição homogênea do gás, boa vedação do forno e limpeza periódica do sistema.

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