BR132018013605E2 - Ferramenta de aperto e método para fabricação de ferramenta de aperto - Google Patents
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Abstract
ferramenta de aperto e método para fabricação de ferramenta de aperto. uma ferramenta de aperto inclui um elemento de aperto e pelo menos uma superfície de aperto formada no elemento de aperto. a pelo menos uma superfície de aperto inclui uma pluralidade de dentes que se estende do elemento de aperto em uma camada externa. um método de tratamento de superfície de uma superfície de aperto de uma ferramenta de aperto inclui prover a superfície de aperto em um ambiente compreendendo uma fonte de material aditivo e aquecimento da superfície de aperto a uma temperatura e por um tempo para difusão do material aditivo em uma profundidade na superfície de aperto para formar uma camada de difusão.
Description
"FERRAMENTA DE APERTO E MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE FERRAMENTA DE APERTO".
Referência Cruzada a Pedidos Relacionados [0001] Certificado de adição de invenção do BR 11 2015 029889 3, apresentado na fase nacional brasileira em 27 de novembro de 2015.
Antecedentes da Invenção [0002] Em operações de exploração e produção de campos de petróleo, vários elementos tubulares para campos de petróleo são usados para executar tarefas importantes, incluindo, mas não limitadas a, perfuração do poço e revestimento de um poço perfurado. Por exemplo, um longo conjunto de tubos de perfuração, conhecido na indústria como coluna de perfuração, pode ser utilizado para girar uma broca de perfuração a uma extremidade distai para perfurar o poço. Além disso, após um poço ser perfurado, uma coluna de revestimento pode ser disposta no fundo do poço e cimentada ali para estabilizar, reforçar ou isolar (entre outras funções) partes do poço. Dessa forma, colunas de tubos de perfuração e revestimento podem ser conectadas entre si, tal como nas extremidades através de soldadura ou por meio de conexões roscadas, em que um membro de "pino" macho de um primeiro elemento tubular é configurado para engatar de forma roscável a um membro de "caixa" fêmea correspondente de um segundo elemento tubular. Alternativamente, uma coluna de revestimento pode ser feita de uma série de juntas de revestimento com extremidades macho-macho acopladas por acopladores fêmea-fêmea. O processo pelo qual as conexões roscadas são montadas é chamado de "make-up" de uma conexão roscada, e o processo pelo qual as conexões são desmontadas é referido como "quebra" da conexão roscada. Como seria entendido por um versado na técnica, partes individuais (ou "juntas") de elementos tubulares para campos de petróleo podem ter uma variedade de pesos, diâmetros, configurações e comprimentos .
[0003] Com referência à figura 1, é apresentada uma vista em perspectiva de um exemplo de uma sonda de perfuração 101 usada para instalar um ou mais elementos tubulares 111 (por exemplo, revestimento, tubo de perfuração etc.) no fundo de um poço. Como mostrado, a sonda de perfuração 101 inclui uma estrutura conhecida como "torre" 102, a partir da qual a catarina 103 (que pode incluir um top drive) suspende um aparelho de elevação 105 (por exemplo, um elevador ou uma ferramenta de assentamento tubular (por exemplo, revestimento) conectada à coluna de um top drive) e um aparelho de aperto 107 (por exemplo, conjunto de cunhas ou "aranha") no piso da plataforma pode ser usado para manusear (por exemplo, içar, descer, girar, sustentar etc.) um elemento tubular 111. A catarina 103 é um dispositivo que é suspenso do topo ou de próximo do topo da torre 102, em que a catarina 103 pode se mover para cima e para baixo (ou seja, verticalmente como representado) para içar e/ou descer o elemento tubular 111. A catarina 103 pode ser um simples bloco "do tipo polia" e pode ter um gancho a partir do qual objetos abaixo (por exemplo, aparelho de elevação 105 e/ou top drive) podem ser suspensos. A sonda de perfuração 101 pode ser uma sonda terrestre ou offshore (por exemplo, navio-sonda).
[0004] Além disso, o aparelho de elevação 105 pode ser acoplado abaixo da catarina 103 (e/ou em um top drive se presente) para seletivamente prender ou liberar um elemento tubular 111, conforme o elemento tubular 111 tiver que ser içado e/ou descido dentro e a partir da torre 102. Dessa forma, o top drive pode incluir uma ou mais correntes e/ou trilhos guia dispostos adjacentes ao top drive, em que as correntes ou trilhos guia podem ser usados para sustentar e guiar o top drive, conforme o top drive é içado e/ou descido dentro da torre.
[0005] Tipicamente, um aparelho de elevação 105 inclui elementos de aperto móveis (por exemplo, conjuntos de cunha) presos a ele e móveis entre uma posição retraída (por exemplo, desengatada) e uma posição engatada. Na posição de engate, o aparelho de elevação 105 sustenta o elemento tubular 111, de modo que o elemento tubular 111 possa ser içado e/ou descido e girado se equipado dessa forma. Na posição retraída, o aparelho de elevação 105 pode liberar o elemento tubular 111 e se afastar do mesmo para permitir que o elemento tubular 111 seja engatado com ou removido do aparelho de elevação 105 e/ou aparelho de aperto 107. Por exemplo, o aparelho de elevação 105 pode liberar o elemento tubular 111 após o elemento tubular 111 ser conectado por rosca a uma coluna tubular 115 sustentada pelo aparelho de aperto 107 (por exemplo, conjunto de cunhas ou "aranha") no piso da plataforma da sonda de perfuração 101.
[0006] Além disso, em uma concretização em que a sonda de perfuração 101 inclui um top drive e uma ferramenta de assentamento tubular, o elemento tubular 111 pode ser sustentado e preso pela ferramenta de assentamento tubular conectada à coluna do top drive. Por exemplo, a ferramenta de assentamento tubular pode incluir um ou mais elementos de aperto que podem se mover radialmente para dentro e/ou radialmente para fora ou ter um componente de deslocamento radial. Em tais concretizações, os elementos de aperto ou componentes de deslocamento radial de uma ferramenta de assentamento tubular podem se mover radialmente para fora para prender uma superfície interna do elemento tubular 111, tal como com um dispositivo de manuseio interno, e/ou elementos de aperto ou componentes de deslocamento radial da ferramenta de assentamento tubular pode se mover radialmente para dentro para prender uma superfície externa do elemento tubular 111, tal como com um dispositivo de aperto externo, assim equipado portanto.
[0007] Como tal, o aparelho de aperto 107 da sonda de perfuração 101 pode ser utilizado para sustentar e suspender a coluna tubular 115, por exemplo, por aperto, a partir da plataforma de perfuração 101, por exemplo, sustentada pelo piso da plataforma 109 ou por uma mesa rotativa. O aparelho de aperto 107 pode ser disposto no piso da plataforma 109, tal como no nível do piso da plataforma 109, ou pode se estender acima do piso da plataforma 109, como mostrado. Dessa forma, o aparelho de aperto 107 pode ser usado para suspender a coluna tubular 115, por exemplo, enquanto um ou mais elementos tubulares 111 são conectados ou desconectados da coluna tubular 115.
[0008] As figuras 2A e 2B mostram um exemplo de um dispositivo de aperto 201 que inclui um arco 203 com uma pluralidade de conjuntos de cunha 205 nele disposta de forma móvel. Especificamente, os conjuntos de cunha 205 podem ser conectados a um anel 207, em que o anel 207 pode ser conectado ao arco 203 através de um acionador (por exemplo, hastes do acionador) 209. O acionador pode ser acionado, tal como eletricamente acionado e/ou acionado com fluido (por exemplo, hidraulicamente), para se mover para cima e/ou para baixo em relação ao arco 203, em que os conjuntos de cunha 205 conectados ao anel 207 podem correspondentemente se mover para cima e/ou para baixo em relação ao arco 203.
[0009] Os conjuntos de cunha 205 ilustrados são projetados para engatar e contactar a superfície cônica interna do arco 2 03 quando se movendo em relação ao arco 203. O arco 203 é mostrado como uma superfície contínua, mas pode compreender superfícies não-contínuas (por exemplo, uma superfície adjacente à parte posterior de cada conjunto de cunha 205). Dessa forma, conforme os conjuntos de cunha 205 se movem para cima ou para baixo em relação ao arco 203, os conjuntos de cunha 205 podem se deslocar para baixo ao longo de uma superfície interna do arco 203. Com este movimento, uma superfície interna (por exemplo, matriz ou forro) dos conjuntos de cunha 205 irão prender um elemento tubular 211 disposto dentro do dispositivo de aperto 201. Os conjuntos de cunha 205 podem ter uma superfície de aperto (por exemplo, dentes) na superfície interna para facilitar o aperto do elemento tubular 211. Após o elemento tubular 211 estar sustentado pelo dispositivo de aperto 201, elementos tubulares adicionais podem ser conectados ou desconectados do elemento tubular 211.
[0010] Como mostrado com referência às figuras 2A e 2B, o dispositivo de aperto 201 pode ser usado para prender elementos tubulares 211 com múltiplos diâmetros externos. Por exemplo, como mostrado na figura 2A, os conjuntos de cunha 205 podem ser posicionados dentro do arco 203 do dispositivo de aperto 201 para prender um elemento tubular 211A tendo um primeiro diâmetro Dl. Como discutido, os conjuntos de cunha 205 podem ser posicionados usando o anel 207, que pode ser verticalmente móvel, por exemplo, através das hastes do acionador 209. A figura 2B mostra o dispositivo de aperto 201, em que os conjuntos de cunha 205 são posicionados verticalmente mais altos dentro do arco 203 em relação ao posicionamento dos conjuntos de cunha 205 mostrados na figura 2A. Dessa forma, esse posicionamento dos conjuntos de cunha 205 na figura 2B permite que o dispositivo de aperto 201 prenda outro elemento tubular 211B, em que o elemento tubular 211B tem um segundo diâmetro externo D2 maior que o primeiro diâmetro externo Dl do elemento tubular 211A (por exemplo, em que Dl e D2 estão em um corpo tubular em si e não uma porção de conexão do mesmo) . Assim, o dispositivo de aperto 201 pode prender elementos tubulares 211 tendo uma grande faixa de diâmetros externos, sem a necessidade de reconfiguração e/ou a adição de equipamento suplementar ao dispositivo de aperto 201. No entanto, em alguns dispositivos de aperto, diferentes tamanhos de forros e/ou conjuntos de cunha podem ser intercambiáveis.
[0011] De tempos em tempos, a coluna de perfuração, o revestimento, a coluna de completação etc. devem ser içados ou "manobrados" fora do poço, como quando se troca a broca de perfuração na extremidade da coluna. Uma vez que a coluna de perfuração é levada para fora do poço, os vários elementos tubulares são removidos da coluna e colocados em ou em torno da sonda de perfuração. No entanto, ao fazer isso, os elementos tubulares podem ter fluidos de perfuração e/ou rejeitos depositados ali, tal como lama base óleo ou base água da lama e cascalhos das formações do subsolo perfurado.
[0012] Além disso, em geral, uma coluna de tubos pode ser disposta e suspensa dentro de um poço a partir de uma sonda de perfuração utilizando um aparelho de manuseio de tubos, tal como uma aranha, em que a coluna de tubos pode ser alongada em etapas por junção roscada ou soldagem de um segmento tubular com a extremidade proximal da coluna de tubos na sonda. A coluna de tubos pode ser suspensa dentro da sonda de perfuração utilizando um segundo tipo de aparelho de manuseio de tubos, tal como um elevador, que é sustentado de forma móvel a partir de um guincho e uma torre acima da aranha. Conforme a carga da coluna de tubos é transferida entre a aranha e o elevador, a aranha pode ser descarregada e, em seguida, desengatada da coluna de tubos por retração das cunhas dentro da aranha. A coluna de tubos alongada pode, então, ser descida ainda mais no poço utilizando o guincho que controla o elevador. A aranha pode, então, novamente engatar e sustentar a coluna de tubos dentro do poço e um segmento tubular adicional pode ser conectado à nova extremidade proximal da coluna de tubos para alongar ainda mais a coluna de tubos.
Sumário da Invenção [0013] Em um aspecto, as concretizações aqui divulgadas referem-se a uma ferramenta de aperto que possui um corpo de aço e, pelo menos, uma superfície de aperto formada no corpo, em que a pelo menos uma superfície de aperto inclui uma pluralidade de dentes que se estendem do corpo, uma camada boretada que se estende a uma profundidade de uma superfície externa da superfície de aperto, em que a camada boretada compreende pelo menos um de Fe2B e Feb; e uma camada cementada que se estende da camada boretada para o corpo, em que a camada cementada compreende um teor de carbono maior do que o corpo de aço.
[0014] Em outro aspecto, as concretizações aqui divulgadas referem-se a uma ferramenta de aperto tendo um corpo e pelo menos uma superfície de aperto formada no corpo, em que a pelo menos uma superfície de aperto inclui uma pluralidade de dentes que se estendem do corpo, pelo menos uma camada externa disposta na pluralidade de dentes, em que a pelo menos uma camada externa compreende um material não-ferroso, e uma camada cementada que se estende da pelo menos uma camada externa para o corpo.
[0015] Em ainda outro aspecto, as concretizações aqui divulgadas referem-se a um método de fabricação de uma ferramenta de aperto, que inclui a cementação de uma superfície de aperto da ferramenta de aperto, em que a cementação inclui prover a superfície de aperto em um ambiente compreendendo uma fonte de carbono, e o aquecimento da superfície de aperto a uma temperatura e um tempo para formar uma camada cementada, resfriamento brusco da camada cementada, e formação de uma camada externa sobre a camada cementada.
[0016] Outros aspectos e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição a seguir e das reivindicações anexas.
Breve Descrição dos Desenhos [0017] A figura 1 é uma vista esquemática de uma sonda de perfuração.
[0018] As figuras 2A e 2B apresentam vistas em perspectiva de um aparelho de aperto.
[0019] As figuras 3A e 3B apresentam uma vista em perspectiva e uma vista em seção transversal, respectivamente, de uma ferramenta de aperto de acordo com concretizações da presente invenção.
[0020] A figura 4 apresenta uma imagem superfície de aperto ampliada 25x de acordo com concretizações da presente invenção.
[0021] A figura 5 mostra uma vista em seção transversal de um sistema de manuseio de tubos, incluindo um elevador do tipo suporte de colar e uma ferramenta de aperto do tipo cunha na altura do piso da plataforma de acordo com as concretizações da presente invenção.
[0022] A figura 6 mostra uma vista em seção transversal de um sistema de manuseio de tubos, incluindo um elevador do tipo cunha e uma ferramenta de aperto do tipo cunha na altura do piso da plataforma de acordo com as concretizações da presente invenção.
Descrição Detalhada da Invenção [0023] As concretizações da presente invenção referem-se geralmente a métodos de tratamento de superfície. Os métodos de tratamento de superfície da presente invenção podem ser usados, por exemplo, em chaves flutuantes, matrizes, backups, forros e matrizes removíveis, bem como cunhas ou garras com dentes, matrizes ou cunhas integralmente formadas em uma ferramenta de aperto, forros, conjuntos de cunha ou matrizes utilizados com aranhas ou elevadores, ferramentas de aperto que podem prender pelo diâmetro interno de um elemento tubular, ferramentas de aperto que podem prender pelo diâmetro externo de um elemento tubular, ou outras ferramentas que podem ser usadas para prender tubos de liga resistente à corrosão ("CRA"). Além disso, podem ser utilizados os métodos de tratamento de superfície da presente invenção em elementos de aperto que prendem utilizando carregamento transversal ou rotacional, carregamento longitudinal, ou qualquer outro tipo ou combinação de carregamento direcional. Outras concretizações da presente invenção referem-se a ferramentas de aperto formadas de materiais não-ferrosos que não necessitam de tratamento de superfície.
[0024] Tubos de CRA podem ser feitos de aço inoxidável ou outros materiais que possuem teores elevados de elementos de liga, tais como cromo e níquel, para evitar a corrosão. Esses materiais, por exemplo, aços inoxidáveis cromo-13, podem ter uma camada externa dura, cujas ferramentas de aperto convencionais têm dificuldade de penetrar, e, assim, podem levar a deslizamentos e danos ao tubo. Por exemplo, tubos de CRA podem ter uma dureza camada externa que varia de cerca de 55 a 65 HRC, ou de 50 a 75 HRC equivalente (por exemplo, 600 HV - 830 HV ou 510 HV - 1500 HV). Ferramentas de aperto convencionais, no entanto, tais como ferramentas de aperto cementadas, possuem uma superfície de aperto externa que é mais macia do que camadas externas de tubos de CRA. Por exemplo, uma superfície de aperto externa de uma ferramenta cementada convencional de aperto pode ter uma dureza não superior a cerca de 62 HRC equivalente (por exemplo, 750 HV) , que diminui ao longo da profundidade da superfície de aperto para a dureza do núcleo do substrato. Assim, embora ferramentas de aperto cementadas convencionais possam, inicialmente, penetrar camadas externas de tubos de CRA, elas rapidamente ficam sem corte e desgastadas, de tal forma que aperto repetitivo fica prejudicado. Além disso, as ferramentas de aperto convencionais podem ser formadas de um material ferroso, tal como aço cementado, que pode se transferir para o tubo de CRA a ser preso e pode, eventualmente, levar à corrosão. Fornecendo forros, matrizes ou outras ferramentas de aperto com um sistema de tratamento de superfície da presente invenção, a ferramenta de aperto pode ser fornecida com uma resistência suficiente para penetrar a superfície externa de um tubo e adequadamente prender o tubo com deslizamento reduzido, ao mesmo tempo em que reduz ou impede a transferência de material ferroso ou prejudicial e mantém ductilidade suficiente para resistir à ruptura. Além disso, os tratamentos aqui descritos podem prover uma superfície de aperto com dureza suficiente para penetrar camadas de óxido em ligas de Cr-13, reduzir o atrito, diminuindo, assim, o potencial para esmagamento por deslizamento e facilitando a penetração, e também prover maior resistência ao desgaste.
[0025] Os métodos de tratamento de superfície descritos abaixo podem ser utilizados para tratar a superfície externa de uma ferramenta de aperto para absorver ferro residual livre na superfície externa, reduzindo ou evitando assim a sua transferência para o material de CRA. No entanto, algumas concretizações aqui descritas possuem uma superfície de aperto formada por um material não-ferroso que pode ou não ser tratado na superfície. Os tratamentos de materiais aqui descritos podem ser aplicados a ambas as ligas ferrosas e não-ferrosas, e ligas não-ferrosas podem ser usadas com ou sem tratamento de material, tal como aqui divulgado, dependendo da aplicação da liga não-ferrosa. A utilização de ligas não-ferrosas pode reduzir ou eliminar a transferência de ferro potencial e, dependendo da liga escolhida, pode requerer um tratamento para prevenir o desgaste.
[0026] Em referência agora às figuras 3A e 3B, são apresentadas uma vista em perspectiva e uma vista em seção transversal, respectivamente, de uma ferramenta de aperto 300 de acordo com concretizações da presente invenção. A ferramenta de aperto 300 pode ser usada dentro de equipamento de aperto e/ou manipulação tubular, tal como um conjunto de cunhas ou matriz usado com uma aranha ou um elevador, ou outra ferramenta usada para prender tubos de liga resistente à corrosão ("CRA"). A ferramentas de aperto 300 tem um corpo 310 e uma superfície de aperto 320, em que a superfície de aperto 32 0 inclui uma pluralidade de dentes 330 que se estende a partir do corpo 310. De acordo com as concretizações da presente invenção, a superfície de aperto 320 pode ser submetida a qualquer um de um primeiro revestimento de superfície ou uma primeira camada de difusão e pode ser acompanhada de, pelo menos, uma camada de difusão ou revestimento adicional. Por exemplo, em algumas concretizações, os dentes de uma superfície de aperto podem ser cementados para formar uma camada cementada que se estende da superfície externa dos dentes para o corpo. Uma camada de difusão adicional, por exemplo, uma camada boretada ou uma camada nitretada, pode então ser formada na camada cementada, ou um revestimento pode ser aplicado na camada cementada. De acordo com concretizações da presente invenção, uma primeira camada interna pode prover um suporte estrutural para uma segunda camada externa, e a segunda camada externa pode prover capacidade de aperto melhorada e resistência ao desgaste e atuar como um tampão de transferência de material ferroso ou de outro material prejudicial.
[0027] Como mostrado na figura 3B, cada um dos dentes 330 tem superfícies laterais 332 em transição para um vértice 334, em que o vértice 334 tem uma curvatura suficiente para penetrar e prender um material de CRA. A forma em seção transversal de um vértice pode incluir, por exemplo, formas triangulares ou parabólicas. Além disso, os dentes 330 podem ser uniformemente ou não uniformemente posicionados ao longo da superfície de aperto 320, como medido entre pontos na mesma posição sobre os vértices 334 dos dentes adjacentes 330. Por exemplo, em algumas concretizações, os dentes 330 podem ser uniformemente espaçados ao longo de uma superfície de aperto 320, tal que a distância 336 entre os vértices dos dentes adjacentes 330 varia de cerca de 1,27 mm a cerca de 20,32 mm (0,05 a cerca de 0,8 polegada) de distância. Em algumas concretizações, a distância 336 entre os dentes uniformemente espaçados 330 pode variar de cerca de 1,524 a cerca de 5,08 mm (0,06 a cerca de 0,20 polegada) de distância. De acordo com algumas concretizações da presente invenção, os dentes podem ser microdimensionados, por exemplo, na faixa inferior a 1,524 mm (0,06 polegada) de distância. No entanto, em outras concretizações, podem ser utilizados dentes de tamanho maior, por exemplo, dentes com uma distância que varia de 1,524 a 5,08 mm (0,06 a 0,2 polegada), ou dentes com uma distância maior do que 5,08 mm (0,2 polegada). Em algumas concretizações, os dentes podem ser uniformemente espaçados ao longo de uma superfície de aperto, em que os dentes possuem uma distância que varia de 2,032 mm a 5,08 mm (0,08 polegadas a 0,2 polegada) e uma altura que varia de 0,762 mm a 2,54 mm (0,03 polegada a 0,1 polegada) . Por exemplo, uma superfície de aperto pode ter dentes uniformemente espaçados com uma distância que varia de 2,286 mm a 3,048 mm (0,09 a 0,12) e uma altura que varia de 0,889 mm a 1,016 mm (0,035 a 0,04 polegada), ou uma distância que varia de 4,318 mm a 4,826 mm (0,17 a 0,19 polegada) e uma altura que varia de 1,524 mm a 2,286 mm (0,06 a 0,09 polegada) . De modo vantajoso, os tratamentos de superfície de aperto aqui descritos podem proporcionar um desempenho melhorado de aperto para os tamanhos de dentes descritos acima, bem como outras combinações de tamanho e forma. Dentes uniformemente espaçados em uma superfície de aperto podem permitir limpeza e fabricação mais fáceis da superfície de aperto, mantendo ao mesmo tempo o aperto eficaz. Além disso, dentes de ponta fina (dentes pontiagudos, com raio de curvatura angular ou apertado) ao longo de uma superfície de aperto podem facilitar a penetração em uma superfície a ser presa em virtude da alta pressão de contato gerada nas pontas dos dentes.
[0028] O uso de superfícies de aperto dentadas sobre outras superfícies de aperto, tais como superfícies de aperto com camada granular, podem permitir uma penetração mais uniformemente distribuída na superfície a ser presa. Por exemplo, a fabricação em camada granular pode resultar em orientação aleatória de partículas de alta dureza variando em tamanho. A orientação aleatória e a mistura de tamanhos de partículas podem resultar em uma superfície não-uniforme, com picos de alturas diferentes, sobreposta a uma superfície de outra forma uniforme, em que os picos mais altos fornecem relativamente poucos pontos de contato com a superfície a ser presa, levando assim a um aumento da probabilidade de ruptura das partículas de aperto ou desgaste das partículas de aperto. Conforme as partículas que fazem o contato inicial degradam devido à ruptura ou desgaste, picos adicionais fazem contato com a superfície a ser presa. Em contraste, superfícies de aperto dentadas, de acordo com algumas concretizações da presente invenção, podem incluir dentes formados ao longo da superfície de aperto, que são usinados para ter uma altura de dente uniforme, em que a altura de cada dente é igual, resultando assim em contato mais uniforme entre os picos de aperto e a superfície a ser presa. O contato relativamente uniforme entre os picos de aperto e a superfície a ser presa pode ajudar a evitar a degradação dos picos de aperto ao longo do tempo com ciclos de utilização.
[0029] Cada dente 330 pode também ter um perfil não-uniforme ou uniforme. Por exemplo, como mostrado na figura 3B, cada dente 330 pode ter um perfil uniforme, em que o ângulo de separação 338 formado entre as superfícies laterais de dentes adjacentes pode ser igual entre todos os dentes adjacentes ao longo da superfície de aperto 320. Um ângulo de separação 338 formado entre as superfícies laterais 332 de dentes adjacentes 330 pode variar, por exemplo, de cerca de 30 graus a cerca de 100 graus, dependendo do tamanho e quantidade de dentes formados na superfície de aperto 320. Por exemplo, uma superfície de aperto 320 tendo uma quantidade relativamente alta de dentes 330 nela formada pode ter ângulos de separação 338 menores do que uma superfície de aperto do mesmo comprimento com uma quantidade relativamente menor de dentes nela formada. Através da formação de uma ou mais camadas em uma superfície de aperto que tem ângulos de separação uniformes entre os dentes da superfície de aperto, as cargas de aperto podem ser mais uniformemente distribuídas ao longo da superfície de aperto. Além disso, perfis de dentes uniformes podem permitir limpeza mais fácil da superfície de aperto em comparação com produtos com camada granular, que podem tender à obstrução.
[0030] Como aqui utilizado, um método de "tratamento de superfície" refere-se a um método de revestimento ou alteração química de uma superfície. Como aqui utilizado, "revestir" uma superfície se refere à aplicação de pelo menos um material à superfície (por exemplo, aplicação de um revestimento à superfície), e "alterar quimicamente" uma superfície se refere a tratamento químico da superfície. Dessa forma, embora os revestimentos possam ser quimicamente aplicados a uma superfície (por exemplo, através de ligação metalúrgica), "revestir" uma superfície é diferente de alterar quimicamente uma superfície.
[0031] Por exemplo, em algumas concretizações, um método de tratamento de superfície pode incluir alterar quimicamente uma superfície por difusão de um produto químico (composição química e/ou elemento químico) a uma profundidade em um material. Como descrito mais abaixo, A difusão de um produto químico dentro do material pode resultar na formação de uma camada de difusão que se estende a uma profundidade no material, em que a camada formada tem uma microestrutura diferente do material de superfície original. Utilizar um ou mais processos de difusão para tratar a superfície externa de uma ferramenta de aperto pode evitar problemas de aderência que podem ser experimentados com outros métodos de tratamento de uma superfície, tais como granulação ou brasagem de uma camada externa à ferramenta de aperto. Além disso, em tratamentos de difusão química, o produto químico difunde-se para dentro de uma superfície externa do material a uma profundidade no material para formar a camada de difusão. Assim, após a formação da camada de difusão, a superfície externa do material pré-difuso torna-se a superfície externa da camada de difusão, isto é, a superfície externa permanece a mesma superfície, mas com uma composição de material diferente. Por conseguinte, o termo "superfície externa" é aqui utilizado para se referir à superfície mais externa de uma região sendo descrita em seu estado de tratamento atual. Por exemplo, uma superfície externa de um material pré-tratado pode ser referida como uma superfície externa de uma camada cementada, uma vez que o material tenha sido cementado, e pode ser referida como uma superfície externa de uma camada boretada, uma vez que a camada cementada tenha sido boretada.
[0032] Em contraste, a superfície externa de um material não se torna a superfície externa das camadas que são revestidas ou aplicadas ao material. Por exemplo, em algumas concretizações, um método de tratamento de superfície pode incluir alterar uma superfície através da aplicação de um ou mais revestimentos sobre a superfície externa de um corpo de material, em que a superfície mais externa do revestimento forma uma nova superfície externa do corpo de material. De acordo com algumas concretizações da presente invenção, um primeiro revestimento pode ser aplicado a um material de base, e um segundo revestimento pode ser aplicado ao primeiro revestimento, em que o primeiro revestimento pode atuar como uma região de suporte e transição para o segundo revestimento externo. Em algumas concretizações, um único revestimento pode ser aplicado a um material de base. Além disso, em algumas concretizações, um ou mais revestimentos podem ser aplicados a uma camada de difusão.
Tratamento de Superfície por Difusão [0033] De acordo com as concretizações da presente invenção, um material de base, tal como a superfície de aperto de uma ferramenta de aperto, pode ser difundido com um material de difusão para modificar a composição da superfície, o que pode ser aqui referido como tratamento por difusão. Como descrito mais abaixo, materiais de difusão podem incluir, por exemplo, carbono, boro, nitrogênio, alumínio, silício, cromo, titânio ou combinações dos mesmos. 0 tratamento por difusão é um tipo de tratamento de superfície que pode incluir fornecer a superfície de aperto em um ambiente com uma fonte de material de difusão e sob condições suficientes para o material de difusão difundir a uma profundidade dentro da superfície de aperto, formando assim uma camada de difusão. Por exemplo, alguns processos de difusão podem incluir prover a superfície de aperto em um ambiente com um material de difusão e aquecer a superfície de aperto a uma temperatura e por um tempo para difundir o material de difusão a uma profundidade na superfície de aperto, de modo a formar uma camada de difusão. Alguns processos de difusão também podem incluir arrefecer ou resfriar bruscamente a superfície de aperto. Um ou mais processos de difusão podem ser utilizados para tratar a superfície de um elemento de aperto. Além disso, um ou mais métodos de tratamento adicionais aqui divulgados, por exemplo, outros métodos de tratamento de superfície, tais como revestimento, podem ser utilizados em combinação com o tratamento por difusão.
[0034] Vários tratamentos por difusão são descritos abaixo em maiores detalhes, incluindo, por exemplo, cementação, boretação e nitretação. No entanto, materiais de difusão diferentes de ou além de carbono, boro e nitrogênio podem ser utilizados para formar uma ou mais camadas de difusão em uma ferramenta de aperto da presente invenção utilizando os processos de difusão semelhantes aos descritos em relação à cementação, boretação e nitretação abaixo. De modo geral, uma superfície externa de um elemento de aperto pode ser submetida a um ambiente que contenha uma fonte de material de difusão suficiente para o material de difusão difundir a uma profundidade no elemento de aperto. Um ou mais processos de difusão subsequentes podem ser realizados em um elemento de aperto para formar múltiplas camadas de difusão. Por exemplo, de acordo com concretizações da presente invenção, uma ferramenta de aperto pode incluir um elemento de aperto com uma pluralidade de dentes que se estende a partir do elemento de aperto e uma camada de difusão que se estende a uma profundidade a partir de uma superfície externa do elemento de aperto para um material de base do elemento de aperto. A camada de difusão pode incluir, por exemplo, uma camada cementada, a camada nitretada, uma camada nitrocementada, uma camada boronitretada, uma camada aluminizada, uma camada nitroaluminizada, uma camada siliconizada, uma camada borocromatizada, ou uma camada borocromotitanizada, ou uma camada boretada. Uma ou mais camadas de difusão subsequentes podem, então, ser formadas na primeira camada de difusão. Em concretizações tendo mais de uma camada de difusão formada sobre a mesma, os processos de difusão podem ser controlados para que cada camada de difusão subsequente se estenda a uma profundidade menor do que a camada de difusão previamente formada, de tal modo que a última camada de difusão formada se estenda a uma profundidade a partir da superfície externa do elemento de aperto e a primeira camada de difusão formada seja adjacente ao material de base.
[0035] Por exemplo, de acordo com as concretizações da presente invenção, um material de base, tal como a superfície de aperto de uma ferramenta de aperto, pode ser cementado para formar uma camada cementada. Em uma ou mais concretizações, os tratamentos que fazem parte do material de base ou metal de base (por exemplo, cementação) podem ser mais resistentes do que revestimentos/metalizações e podem ser mais difíceis de remover do que os revestimentos/metalizações. A camada cementada pode atuar como uma camada de suporte e/ou de transição para uma ou mais camadas externas ou a camada cementada pode formar a camada externa. Por exemplo, em algumas concretizações, uma camada cementada pode atuar como uma camada de suporte e/ou transição para uma camada externa que tem uma dureza maior do que a camada cementada. Como descrito mais abaixo, uma camada externa formada sobre uma camada cementada pode incluir o uso de um método de tratamento químico de superfície, tal como a formação de uma camada de difusão na camada cementada, ou pode incluir o uso de outros métodos de tratamento de superfície, tais como a aplicação de um revestimento à camada cementada.
[0036] Os materiais que podem ser cementados incluem materiais com teor de carbono relativamente baixo, tais como aço tendo um teor de carbono que varia de cerca de 0,08 por cento em peso a cerca de 0,35 por cento em peso. Os materiais de cementação com baixo teor de carbono podem incluir, por exemplo, aço carbono plano, aço doce, aço ressulfurado, aço de baixo carbono, aço de médio carbono, aço de baixa liga, aço de liga de cromo, aço de liga de cromo-molibdênio, aço de liga de cromo-níquel-molibdênio, outros aços tendo aditivos resistentes à corrosão adicionados, ligas de níquel cromo, ligas de níquel molibdênio e ligas especiais. Como aqui utilizado, "aço de cementação" refere-se a aço com teor de carbono baixo o suficiente para ter carbono difundido nele durante um processo de cementação. Além disso, o aço de cementação pode incluir fases de aço de perlite, ferrite, cementite, e/ou fases de austenite, carboneto, boreto, bainita e martensita. Um versado na técnica pode apreciar que, dependendo da composição particular de aço de cementação e condições de processamento, tais como as taxas de aquecimento e arrefecimento, várias fases de aço podem estar presentes, como referenciado, por exemplo, nos diagramas de fase de aço conhecidos na técnica.
[0037] De acordo com as concretizações da presente invenção, aço de cementação pode ser submetido a um processo de cementação. Vários processos de cementação são conhecidos na técnica, os quais incluem o aquecimento de um material de base contendo carbono relativamente baixo em um ambiente rico em carbono durante um tempo suficiente para permitir que o carbono difunda dentro do material de base. Por exemplo, durante um processo de cementação, um aço de cementação pode ser aquecido em uma atmosfera rica em carbono, tal que carbono se difunde no aço de cementação. Em algumas concretizações, o ambiente de cementação pode ter um vácuo aplicado ao mesmo (referido como cementação a vácuo). Conforme o carbono se difunde no aço de cementação, vários carbonetos de liga, tais como aqueles na forma de MC, M3C, M23C etc., podem resultar. A profundidade de uma camada cementada pode variar, por exemplo, de cerca de 0,254 mm a cerca de 5,08 mm (0,01 polegada a cerca de 0,2 polegada). Em algumas concretizações, uma camada cementada pode ter uma profundidade que varia de cerca de 0,762 mm a cerca de 3,175 mm (0,03 polegada a cerca de 0,125 polegada). A profundidade de cementação pode depender, por exemplo, da quantidade inicial de teor de carbono na superfície de aperto (isto é, o teor em carbono da superfície de aperto antes do processo de cementação), da composição da superfície de aperto (incluindo, por exemplo, quantidade e tipo de aditivos de metal), da geometria da superfície de aperto e das condições de processamento, tais como a duração, temperatura, pressão, e taxas de aquecimento e arrefecimento.
[0038] Após a conclusão de um processo de cementação (por exemplo, aumentando a quantidade de carbono em um material de base por difusão de carbono no mesmo para formar uma camada cementada), a camada cementada pode ser subsequentemente endurecida por resfriamento brusco. Por exemplo, quando da cementação de aço, o aço cementado pode ser resfriado bruscamente até uma temperatura suficiente para iniciar a transformação de pelo menos parte do aço cementado em martensite. Em tais concretizações, uma camada cementada de aço martensítico com teor relativamente elevado de carbono resulta do resfriamento brusco do aço cementado e se estende substancialmente a uma profundidade de difusão de carbono a partir do processo de cementação, dependendo, por exemplo, dos parâmetros das taxas de temperatura e arrefecimento. Por exemplo, uma camada externa de aço ou de outra liga de ferro pode ser aquecida para formar austenita e pode ter de carbono difundido na superfície, onde, após o resfriamento brusco da camada externa, uma camada externa endurecida de martensite em placa e/ou ripa que se estende a uma profundidade dentro do material de base pode ser formada. 0 resfriamento brusco pode incluir o arrefecimento do aço cementado a uma taxa constante. Além disso, o resfriamento brusco pode incluir o arrefecimento do aço cementado em um gás, por exemplo, nitrogênio, hélio e hidrogênio, ou líquido, por exemplo, banho de óleo ou sal. Opcionalmente, arrefecimento em forno pode ser realizado antes do resfriamento brusco.
[0039] Uma camada cementada pode ter várias características que são distintas de um material de base que não sofreu cementação. Por exemplo, uma camada cementada é formada por difusão de carbono em um material com teor de carbono relativamente baixo, e, portanto, pode ter um gradiente de carbono do tipo de difusão através da espessura da camada. O gradiente de carbono do tipo de difusão pode ter teor de carbono relativamente mais elevado na superfície externa da camada e um teor de carbono decrescente em direção ao interior da camada na interface entre a camada cementada e o material de base. Uma vez que o gradiente do tipo difusão pode se transferir gradualmente para o material de base, a interface entre a camada cementada e o material de base pode ser aproximadamente determinada pela medição da dureza em várias posições radiais ao longo do material de base e da camada cementada. Além disso, uma vez que a difusão inclui o tratamento de um material de base, em vez de ligação de um material separado ao material de base, uma camada de difusão pode ser menos propensa a deslaminar ou descascar. Uma camada cementada pode ter um teor de carbono que varia de cerca de 0,5 por cento em peso a cerca de 1,25 por cento em peso, dependendo da composição do material de base e dos parâmetros de cementação utilizados. Além disso, uma camada cementada pode ter uma dureza maior do que o material de base, que pode diminuir gradualmente correspondente a um gradiente de tipo difusão formado através da espessura da camada. Por exemplo, uma camada cementada pode ter uma dureza que varia de cerca de 50 HRC a cerca de 65 HRC (por exemplo, 510 HV -830 HV), enquanto o material de base pode ter uma dureza que varia de cerca de 20 HRC a cerca de 45 HRC (por exemplo, 240 HV - 450 HV).
[0040] Uma camada cementada pode também melhorar a resistência à corrosão em comparação com o material de base. Por exemplo, em algumas concretizações, uma camada cementada pode ser livre de precipitados de carboneto, o que pode permitir uma quantidade suficiente de cromo livre ou outros aditivos resistentes à corrosão, tais como molibdênio, e nióbio para proteção contra corrosão. Em outras concretizações, os aditivos resistentes à corrosão podem formar carbonetos na camada cementada. Se uma camada cementada inclui ou não carbonetos ou carbono livre depende, por exemplo, do tempo e da temperatura do tratamento de cementação e da composição do material de base.
[0041] De acordo com uma ou mais concretizações, a superfície externa de um elemento de aperto pode ser cementada para formar uma camada externa cementada. Em outras concretizações, uma camada cementada formada em um elemento de aperto pode ter a superfície tratada com um ou mais métodos adicionais aqui descritos, tais como por um ou mais processos de difusão subsequentes e/ou por um ou mais processos de revestimento.
[0042] De acordo com as concretizações da presente invenção, a superfície externa de um elemento de aperto pode ser boretada, ou difusa com uma variante de boretação, tal como um composto de boro e cromo, composto de boro e alumínio, composto de boro e titânio ou composto de boro e nitrogênio, ou qualquer combinação dos mesmos. O processo de boretação pode incluir o aquecimento do material de superfície na presença de uma fonte de boro, tal que o boro se difunde no material da superfície. Fontes de boro podem incluir, por exemplo, uma pasta, um sal, um gás etc. Além disso, as fontes de boro podem incluir variantes de boro, incluindo, por exemplo, nitreto de boro e de boro e cromo, em que as variantes de boro são difundidas a uma profundidade na superfície externa do elemento de aperto durante o processo de difusão. Dependendo do processo utilizado, as temperaturas de boretação podem variar, por exemplo, entre aproximadamente 1300 °F e 1830 °F. À medida que o boro se difunde no material de superfície, o boro pode reagir com o material de superfície para formar boretos do material de superfície, tais como elementos de liga e ferro em um material de superfície de aço. Por exemplo, em algumas concretizações, o aço cementado pode ser boretado, e conforme o boro se difunde no aço cementado, FeB e/ou Fe2B é formado a partir da reação entre o ferro no aço e o boro. No entanto, em algumas concretizações, uma camada boretada ou uma camada de difusão variante de boretação pode ser formada diretamente em um material de base do elemento de aperto.
[0043] Em concretizações que têm uma camada boretada formada em uma camada cementada, o processo de boretação é realizado na camada cementada antes do resfriamento brusco. Em outras concretizações, uma camada boretada pode ser formada em um material de superfície que não tenha sido cementado. A espessura da camada boretada, ou camada de difusão variante de boretação, depende, por exemplo, da temperatura, do tempo de tratamento, do potencial de boro utilizado no processo de boretação e do gradiente de difusão entre a fonte de boro e a superfície (teor de liga) . Em referência agora à figura 4, uma imagem de uma superfície de aperto 400 tendo uma camada cementada 430 e/ou uma camada boretada 420 nela formada com 25x de ampliação é mostrada. Como apresentado, a superfície de aperto 400 é formada em um corpo de ferramenta de aperto 4 05, em que a superfície de aperto 400 inclui uma pluralidade de dentes 410 que se estende do corpo 405. A camada boretada 420 se estende a uma profundidade 425 a partir de uma superfície externa 402 da superfície de aperto 400. A profundidade 425 pode ser inferior a cerca de 0,0254 mm (0,001 polegada). No entanto, em algumas concretizações, uma camada boretada pode ter uma profundidade superior a cerca de 0,0254 mm (0,001 polegada), por exemplo, variando entre cerca de 0,0762 mm a cerca de 0,254 mm (0,003 polegada e cerca de 0,010 polegada). A camada cementada 430 se estende a uma profundidade 435 a partir da camada boretada 420 para o corpo 405. A camada cementada 430 tem um teor de carbono que é maior do que o corpo 405.
[0044] Além disso, como apresentado, a camada cementada 430 pode se transferir para o corpo 405 em uma interface 440, em que a espessura da camada cementada 430 é medida a partir da superfície externa 402 para a interface 440. Como acima descrito, a interface 440 pode ser geralmente determinada por medição da posição em que a dureza do material é substancialmente igual à dureza do material de base do corpo. A interface 440 da concretização mostrada na figura 4 pode ser não-plana, tal como para corresponder aproximadamente à superfície externa não-plana 402 dos dentes 410. Em particular, como mostrado, a interface 440 possui vértices substancialmente correspondentes aos vértices dos dentes 410, em que os raios de curvatura dos vértices de interface são maiores do que os raios de curvatura dos vértices dos dentes. Como descrito acima, uma interface deste tipo pode ser formada a partir de um processo de cementação pela difusão de carbono através de uma superfície externa com uma espessura no corpo ou outro processo de difusão. Como aqui utilizado, o termo "espessura" pode se referir a uma dimensão que se estende de uma superfície externa de um material para o interior do material. Por exemplo, a espessura da superfície de aperto 400, mostrada na figura 4, pode ser medida a partir da superfície externa 402 para a interface 440. Quando da cementação de superfícies de aperto tendo dentes formados nelas, o carbono pode se difundir através da superfície externa dos dentes. Conforme o carbono se difunde através da superfície externa dos dentes, os caminhos de difusão de lados opostos de cada dente podem se sobrepor, criando assim uma interface não-plana tendo vértices com um raio de curvatura relativamente maior do que cada dente correspondente. De acordo com as concretizações da presente invenção, uma interface entre uma camada cementada e o corpo pode ser plana ou não-plana e/ou corresponder substancialmente à superfície externa da camada cementada.
[0045] Ainda em referência à figura 4, a dureza da camada cementada 430 pode ser maior do que a dureza do corpo 405. Por exemplo, a camada cementada 430 pode ser formada de um aço cementado com uma dureza que varia de cerca de 50 HRC a cerca de 65 HRC (por exemplo, 510 HV - 830 HV), e o corpo pode ser formado de um aço com uma dureza que varia de cerca de 20 HRC a cerca de 45 HRC (por exemplo, 240 HV - 450 HV). De acordo com as concretizações da presente invenção, a diferença de dureza entre uma camada cementada e o corpo pode variar de cerca de 10 HRC a cerca de 40 HRC (por exemplo, 100 HV - 450 HV) , quando medida nos pontos de dureza da camada cementada e o corpo. A camada boretada 420 pode ter uma dureza que varia de cerca de 900 HV - 2200 HV. Como aqui utilizado, a dureza das camadas em uma ferramenta de aperto pode ser determinada por medições de microdureza ao longo da camada de material.
[0046] De acordo com algumas concretizações da presente invenção, um elemento de aperto pode ser borocromatizado para formar uma camada externa borocromatizada. Em tais concretizações, uma fonte de boro e cromo pode ser aplicada em torno da superfície externa de um elemento de aperto e submetida a aquecimento durante um tempo suficiente para permitir que o boro e o cromo se difundam a uma profundidade na superfície. De acordo com uma ou mais concretizações, os processos de boretação multicomponentes podem incluir boroaluminização, borossiliconização, borocromatização e liga de aço estrutural borocromotitanizada. Boroaluminização pode envolver boretação seguida de aluminização (por exemplo, uma camada compacta formada em peças de aço), o que pode proporcionar resistência ao desgaste e resistência à corrosão, incluindo em ambientes úmidos. Borossiliconização pode resultar na formação de FeSi em uma camada de superfície, o que pode aumentar a resistência à fadiga por corrosão das peças tratadas. Borocromatização pode envolver cromatização após boretação e pode proporcionar resistência à oxidação. A camada mais uniforme (a qual, por exemplo, pode incluir um boreto de solução sólida contendo ferro e cromo) pode proporcionar uma melhor resistência ao desgaste e melhor resistência à fadiga por corrosão. Uma operação de pós-tratamento térmico pode ser realizada com segurança sem uma atmosfera de proteção. A liga de aço estrutural corocromotitanizada pode proporcionar uma elevada resistência ao desgaste por atrito e corrosão, bem como dureza de superfície extremamente alta (por exemplo, até 5000 HV) . A microestrutura de aço de liga com construção borocromotitanizada pode apresentar boreto de titânio na camada externa e boreto de ferro-cromo abaixo dela. Além disso, uma ou mais concretizações aqui divulgadas podem incluir camadas borovanadizadas e/ou borocromovanadizadas, que podem ser dúcteis e podem ter uma dureza superior a 3000 HV, o que pode reduzir o risco de fragmentação sob condições de carga de impacto. Dessa forma, a camada de difusão, de acordo com uma ou mais concretizações aqui descritas, pode incluir qualquer uma das camadas acima mencionadas.
[0047] Em algumas concretizações, a superfície externa de um elemento de aperto pode ser submetida a um processo de difusão de nitretação. A nitretação é um método de tratamento de superfície que inclui a difusão de nitrogênio na superfície a uma temperatura durante um período de tempo. Dependendo do material a ser nitretado, do ambiente e de outras condições de processamento, as temperaturas de nitretação podem variar, por exemplo, de cerca de 450 °C a cerca de 700 °C. As fontes de nitrogênio podem incluir, por exemplo, amônia, banhos de sais líquidos, fontes de plasma de nitrogênio. Em concretizações usando banhos de sais líquidos como fonte de nitrogênio, as temperaturas de nitretação podem ser superiores a 550 °C.
[0048] De acordo com concretizações da presente invenção, uma superfície de aperto pode ter uma camada cementada formada sobre a mesma e uma camada de difusão adicional formada sobre a camada de cementação. Por exemplo, como descrito acima, uma camada boretada pode ser formada em uma camada cementada de uma superfície de aperto. No entanto, em algumas concretizações, uma camada cementada pode ter uma camada nitretada formada sobre a mesma. Uma camada nitretada pode ser formada por um processo de nitretação conhecido na técnica, que inclui, geralmente, o aquecimento da superfície em um ambiente rico em nitrogênio, a uma temperatura e tempo suficientes para o nitrogênio se infiltrar na superfície.
Por exemplo, uma camada cementada pode ter uma camada nitretada nela formada submetendo-se a camada cementada a um processo de nitretação gasosa, de nitretação por banho de sal ou de nitretação por plasma.
[0049] Vantajosamente, a formação de uma ou mais camadas de difusão nos dentes de uma superfície de aperto pode prover suporte adequado para as camadas externas adicionais e elevada dureza, evitando ao mesmo tempo os problemas de adesão presentes nos vários métodos de revestimento. Alternativamente, uma camada de difusão pode formar a camada externa de um elemento de aperto, sem tratamento de superfície subsequente.
[0050] Adicionalmente, os dentes cementados de uma superfície de aperto, de acordo com as concretizações da presente invenção, podem prover um suporte para camadas adicionais formadas ou aplicadas aos dentes. Por exemplo, em concretizações tendo uma superfície de aperto cementada e subsequentemente boretada, a profundidade e a transição gradual para a dureza do corpo na camada cementada podem prover suporte para a camada boretada. Além disso, uma camada externa boretada pode proporcionar uma redução do coeficiente de atrito dos dentes em uma superfície de aperto, reduzindo assim a força necessária para penetrar no material a ser preso, e reduzindo dessa forma o potencial para esmagamento por deslizamento, tal como quando um ou mais de conjuntos de cunha deformam ou esmagam um tubo preso. As camadas de difusão formadas em uma superfície de aperto, de acordo com concretizações da presente invenção, podem também prover maior resistência ao desgaste e benefícios de tampão.
[0051] Ao prover a camada cementada como camada de suporte para camadas externas adicionais, como aqui descrito, os dentes de uma superfície de aperto podem ter maior dureza, ao mesmo tempo sendo capaz de melhor sustentar as aplicações altamente carregadas ou de compressão. Camadas adicionais formadas ou dispostas em uma camada cementada podem incluir uma camada de difusão, tal como uma camada boretada ou nitretada descrita acima, ou uma camada externa aplicada à camada cementada, tal como descrito abaixo. Em algumas concretizações, um material de superfície pode ter uma única camada de difusão, que pode ou não ser uma camada cementada. Por exemplo, em algumas concretizações, uma superfície de aperto pode ter uma camada boretada com uma camada externa revestida ou aplicada à camada boretada.
[0052] Como mencionado acima, o tratamento de uma superfície de aperto com um ou mais processos de difusão pode proporcionar à superfície de aperto capacidades de aperto reforçadas e diminuição da transferência de ferro, ao mesmo tempo sendo menos susceptível de deslaminar ou descascar do que os processos de revestimento ou metalização, visto que o processo de difusão resulta em uma camada formada do material de base. Durante os processos de difusão, átomos são difundidos em um material de base para alterar as propriedades de material e microestrutura do material de base na camada de difusão resultante. Assim, a camada de difusão é formada como parte do material de base, onde os átomos difusos são difundidos no material de base, em vez de aplicados como uma camada de superfície que pode ser mais facilmente desgastada ou lascada.
Outro Tratamento de Superfície [0053] De acordo com as concretizações da presente invenção, uma ou mais camadas externas podem ser revestidas ou de outro modo aplicadas em uma superfície de aperto da presente invenção, que podem ou não podem ter também uma camada de difusão nela formada. Por exemplo, pelo menos uma camada externa pode ser aplicada em uma superfície de aperto por métodos que incluem eletrodeposição, deposição de metal a laser, sinterização a laser, deposição física de vapor (PVD), deposição química de vapor (CVD), processos assistidos por plasma, implantação iônica ou qualquer processo de metalurgia de pó. Além disso, os revestimentos podem ser formados de materiais não-ferrosos, incluindo, por exemplo, ligas de cobalto, tungstênio e ligas de tungstênio, tais como o tungstênio dopado, ligas de molibdênio, ligas de titânio, ligas de níquel e ligas de cobre, ou podem incluir revestimentos semelhante a diamante. Em algumas concretizações, diamante, nitreto cúbico de boro, nitreto cúbico de boro policristalino e/ou outro material ultraduro pode ser impregnado em uma camada externa. Tais partículas de material ultraduro impregnadas em um revestimento podem variar em tamanho de nanoescala a microescala.
[0054] Uma ou mais concretizações podem incluir um revestimento impregnado de diamante de acordo com concretizações da presente invenção. Em uma ou mais concretizações, as partículas de diamante podem ser impregnadas dentro de um material de revestimento, que pode incluir, por exemplo, pelo menos um de níquel, cobalto, tungstênio, molibdênio, ferro, cerâmica e polímeros. As partículas de diamante podem ter um tamanho que varia de um limite inferior selecionado de qualquer um de 1 nm, 10 nm, 100 nm, 1000 nm, 10 microns e 100 microns a um limite superior selecionado de qualquer um de 100 nm, 10 microns, 100 microns e 800 microns. 0 tamanho de partículas de diamante embebidas em um material de revestimento pode ser selecionado dependendo da espessura do revestimento a ser aplicado como uma camada externa sobre uma superfície de aperto. Além disso, como mostrado, as partículas de diamante podem ser expostas na superfície externa do material de revestimento, ou as partículas de diamante podem ser totalmente imersas no material de revestimento. O revestimento impregnado de diamante pode ser depositado na superfície externa de um elemento de aperto que já tenha passado por um ou mais dos métodos de tratamento aqui descritos, tais como em uma camada de difusão formada na superfície externa do elemento de aperto. Em outras concretizações, o revestimento impregnado de diamante pode ser depositado diretamente em um material de base de um elemento de aperto, isto é, uma superfície de aperto que não tenha passado ainda por um método de tratamento de superfície. Em algumas concretizações, o revestimento impregnado de diamante pode ser depositado em uma superfície externa de um elemento de aperto formado por fabricação de aditivo, que é descrito mais abaixo.
[0055] A espessura de um revestimento aplicado à superfície de aperto de uma ferramenta de aperto pode variar, dependendo do tipo de material a ser revestido e do método de aplicação à superfície de aperto. Por exemplo, em algumas concretizações, um revestimento aplicado como uma camada externa a uma superfície de aperto por um método de deposição de película fina, tal como deposição química de vapor, deposição física de vapor, eletrodeposição ou deposição de camada atômica, pode ter uma espessura que varia de cerca de 10 nanômetros a cerca de 1,5 mm. Em algumas concretizações, um revestimento aplicado como uma camada externa a uma superfície de aperto pode ter uma espessura maior do que cerca de 1,5 mm.
[0056] Além disso, um ou mais revestimentos podem ser aplicados como uma camada externa a uma superfície de aperto para prover uma maior dureza. Por exemplo, em algumas concretizações, uma superfície de aperto pode ter duas ou mais camadas formadas nela, em que as duas ou mais camadas podem ser formadas na superfície de aperto em uma ordem de dureza crescente, isto é, a camada externa que forma a superfície externa da superfície de aperto tem uma dureza maior do que uma camada adjacente formada distai à superfície externa. Em algumas concretizações, um revestimento pode ser aplicado a uma camada cementada formada na superfície de aperto, na qual o revestimento tem uma dureza maior do que a camada cementada, e a camada cementada tem um gradiente do tipo difusão de dureza decrescente que faz a transição para o corpo da ferramenta de aperto. Em algumas concretizações, um segundo revestimento pode ser aplicado a um primeiro revestimento (aplicado a uma superfície de aperto antes da aplicação do segundo revestimento), em que o segundo revestimento forma a superfície externa da superfície de aperto e tem uma dureza maior do que a dureza do primeiro revestimento, e em que o primeiro revestimento tem uma dureza maior do que o material de base da superfície de aperto.
[0057] De acordo com as concretizações da presente invenção, um ou mais revestimentos, tais como os descritos acima, podem ser aplicados a uma camada cementada formada em uma superfície de aperto. Por exemplo, uma superfície de aperto da presente invenção pode incluir uma pluralidade de dentes que se estende de um corpo da ferramenta de aperto. Os dentes podem incluir superfícies laterais em transição para um vértice para penetrar e prender outro material, tal como tubos de CRA. A penetração e aperto de outro material pode induzir cargas de compressão, entre outros, sobre os dentes. Ao proporcionar os dentes com uma camada cementada para sustentar camadas externas adicionais (tais como as descritas acima, incluindo revestimentos e camadas de difusão), as camadas externas podem ter melhor retenção para os dentes, enquanto também proporcionam aos dentes o aumento da dureza, resistência ao desgaste, lubricidade etc.
[0058] Os elementos de aperto, de acordo com as concretizações da presente invenção, podem ter uma superfície externa que é tratada na superfície utilizando um ou mais dos métodos de tratamento de superfície aqui divulgados. Por exemplo, a superfície externa de um elemento de aperto pode ser submetida a um ou mais processos de difusão, de tal modo que a superfície externa do elemento de aperto seja formada a partir de uma camada de difusão. Em algumas concretizações, a superfície externa de um elemento de aperto pode ser submetida a um ou mais processos de difusão e, subsequentemente, revestida usando um ou mais de outros métodos de tratamento de superfície aqui divulgados, tais como a aplicação de um ou mais revestimentos à superfície externa. Em ainda outras concretizações, a superfície externa de um elemento de aperto pode ser submetida a um ou mais métodos de tratamento de superfície aqui divulgados que não incluem um processo de difusão. Por exemplo, em algumas concretizações, um elemento de aperto que não tenha sido submetido a um processo de difusão pode ter um ou mais revestimentos aplicados à superfície externa do elemento de aperto. 0 um ou mais revestimentos podem incluir, por exemplo, revestimento impregnado de diamante, revestimento de carbono tipo diamante e/ou de revestimento aplicado por CVD ou PVD. Além disso, em qualquer um dos métodos de tratamento de superfícies aqui descritos, a superfície externa do elemento de aperto pode ser submetida a um ou mais processos de limpeza, que são conhecidos na técnica, antes de ter a superfície tratada.
[0059] Em algumas concretizações, os elementos de aperto podem ter uma superfície de aperto formada por um material não-ferroso, tal como um ou mais de ligas de cobalto, tungstênio, ligas de tungstênio, ligas de molibdênio, ligas de titânio, ligas de níquel e ligas de cobre. Por exemplo, um elemento de aperto pode ser formado por um material não-ferroso por extrusão, estampagem, laminagem, usinagem, forjamento, metalurgia de pó a granel, fabricação aditivo, tal como descrito abaixo, ou qualquer outro processo de fabricação em massa. Os elementos de aperto podem ser inteiramente formados de material não-ferroso, ou parcialmente formado de material não-ferroso, em que pelo menos a superfície de aperto é feita de material não-ferroso.
Além disso, os elementos de aperto tendo uma superfície de aperto formada por um material não-ferroso podem ser tratados na superfície, de acordo com os métodos aqui descritos, ou podem não ser tratados na superfície.
[0060] Os elementos de aperto formados, de acordo com as concretizações aqui divulgadas, podem ter uma vida útil mais longa do que elementos de aperto convencionalmente formados. Por exemplo, ao testar elementos de aperto formados de acordo com as concretizações da presente invenção e elementos de aperto formados convencionalmente, os elementos de aperto formados de acordo com as concretizações descritas aqui incorreram em menos desgaste do que os elementos de aperto formados convencionalmente.
Fabricação de Aditivo [0061] De acordo com uma ou mais concretizações, um elemento de aperto pode ser formado por fabricação de aditivos, que inclui a construção do elemento de aperto em camadas. Por exemplo, uma ferramenta de aperto pode incluir um elemento de aperto com pelo menos uma superfície de aperto formada no elemento de aperto, em que a superfície de aperto inclui uma pluralidade de dentes que se estende do elemento de aperto, uma camada externa formada de um primeiro material e, pelo menos, uma camada interna formada entre a camada externa e uma base. Em algumas concretizações, o primeiro material pode ser um material não-ferroso. A base pode ser formada de um segundo material, diferente do primeiro material, e pode ser um material ferroso ou não-ferroso.
[0062] Além disso, uma ferramenta de aperto pode incluir uma, duas, três ou mais do que três camadas formadas em uma base do elemento de aperto usando a fabricação de aditivo. Por exemplo, um elemento de aperto pode ser formado por aplicação de camadas sequenciais de materiais iguais ou diferentes por extrusão de cada camada em cima da camada anterior. Em algumas concretizações, uma ou mais camadas podem ser aplicadas por aquecimento ou fusão de uma camada de material em pó à camada anterior. Os materiais utilizados para formar uma ou mais camadas na fabricação de aditivo de um elemento de aperto podem incluir materiais ferrosos e/ou não-ferrosos, tais como um ou mais tipos de aços, ligas de titânio, ligas de cobalto, ligas de níquel e cromo, ligas de molibdênio ou outras ligas. Por exemplo, em algumas concretizações, um elemento de aperto pode ser formado inteiramente de material não-ferroso por fabricação de aditivo. Em outras concretizações, um elemento de aperto pode ser formado de camadas de material ferroso e camadas de material não-ferroso, em que uma ou mais camadas de material não-ferroso formam a superfície de aperto do elemento de aperto.
[0063] A fabricação de aditivo pode ser usada para criar um elemento de aperto tendo camadas de materiais com diferentes graus de dureza. Por exemplo, em algumas concretizações, uma ou mais camadas internas de um elemento de aperto podem ser formadas com um ou mais materiais tendo uma dureza média que é inferior à dureza média do material que forma a camada externa do elemento de aperto. Em algumas concretizações, a fabricação de aditivo pode ser utilizada para criar um elemento de aperto que tem camadas de materiais com diferentes quantidades de ferro. Por exemplo, um elemento de aperto pode ter uma ou mais camadas interiores formadas com um ou mais materiais que têm um teor de ferro maior do que o teor de ferro do material que forma a camada externa do elemento de aperto. Várias combinações de materiais podem ser usadas para formar o elemento de fixação em camadas. De modo vantajoso, utilizando a fabricação de aditivo para formar um elemento de aperto, o elemento de aperto pode incluir diversas propriedades de material em toda a espessura do elemento de aperto. Por exemplo, os elementos de aperto formados em camadas com diferentes valores médios de dureza para cada camada podem ter uma camada externa mais dura e camadas internas relativamente mais duras.
[0064] Os elementos de aperto formados por fabricação de aditivo podem ou não ser tratados na superfície de acordo com os métodos aqui descritos. Por exemplo, um elemento de aperto formado em camadas pode ser tratado quimicamente na superfície por um processo de difusão, tal como um ou mais de um processo de cementação, processo de boretação ou processo de nitretação, e/ou pode ser revestido por um ou mais métodos de revestimento descritos acima. Como aqui referido, as camadas formadas durante a fabricação de aditivo são diferentes das camadas formadas a partir de processos de revestimento. As camadas de fabricação de aditivo são camadas que são formadas durante a fabricação do elemento de aperto, enquanto que as camadas de revestimento são aplicadas a um elemento de aperto já formado. As camadas de fabricação de aditivo podem ser mais espessas do que as camadas de revestimento. Por exemplo, em algumas concretizações, as camadas de fabricação de aditivos podem ter espessuras em uma faixa de nível macro, tal como um milímetro ou mais, enquanto que as camadas de revestimento podem ter espessuras em uma faixa de nível micro, tal como na faixa de mícron ou nanômetro. Além disso, em algumas concretizações, as camadas de fabricação de aditivo podem ser formadas com um material comum ou integral partilhado entre duas ou mais camadas, enquanto que as camadas de revestimento são aplicadas separadamente ou não-integralmente com as camadas adjacentes. Por exemplo, em algumas concretizações, um elemento de aperto pode ser formado por fabricação de aditivo que inclui a sobreposição de dois ou mais tipos de materiais em pó e infiltração das camadas de material em pó com um aglutinante. Em tais concretizações, as camadas podem ter diversas composições que são integralmente formadas e ligadas com um único aglutinante. Após a formação de tais elementos de aperto, eles podem ser revestidos ou, de outro modo, tratados na superfície de acordo com os métodos aqui divulgados.
[0065] Os métodos descritos aqui utilizados para tratamento de superfície dos dentes de uma superfície de aperto, de acordo com as concretizações da presente invenção, podem reduzir ou impedir a transferência de ferro livre residual, de alguma forma presente na superfície de uma superfície de aperto não-tratada, para o material a ser preso, tal como tubos de CRA. Por exemplo, uma superfície de aperto não-tratada pode transferir uma quantidade de material ferroso para um material de CRA a ser preso. O material ferroso transferido pode resultar em, entre outras coisas, uma eventual corrosão do material de CRA. No entanto, através da formação de uma ou mais camadas (por exemplo, uma camada de difusão e/ou um revestimento) nos dentes de uma superfície de aperto, de acordo com as concretizações da presente invenção, as camadas podem atuar como um tampão, impedindo assim a transferência de material ferroso além do limite máximo permitido para o material de CRA.
[0066] Além disso, uma ou mais concretizações da presente invenção podem ser utilizadas em combinação com outras concretizações da presente invenção. Por exemplo, uma ou mais camadas (por exemplo, uma camada de difusão e/ou um revestimento) podem ser formadas nos dentes de uma superfície de aperto usada em um primeiro componente para prender os elementos tubulares, enquanto que um segundo componente utilizado em combinação com o primeiro componente para prender os elementos tubulares pode camadas iguais ou diferentes formadas nos dentes. As figuras 5 e 6 mostram vistas em seção transversal de exemplos de diferentes componentes de aperto que podem ser usados em conjuntos de cunha, de acordo com as concretizações da presente invenção; no entanto, outras combinações ou componentes utilizados isoladamente podem ser utilizados para aperto de elementos tubulares com superfícies de aperto tendo dentes formados como descrito acima. Como mostrado na figura 5, um elemento tubular 600 pode ser sustentado com um elevador de porta lateral 610 e uma aranha de aperto do tipo cunha 620, onde o elevador sustenta o elemento tubular 600, apoiando o elemento tubular 600 através da face de carga inferior do acoplamento 611 ligado à extremidade superior do elemento tubular, e onde a aranha 620 inclui um conjunto de cunha 622 e uma superfície de aperto 62 4, de acordo com as concretizações aqui descritas. Em uma ou mais concretizações, a superfície de aperto 624 pode ser fabricada ou tratada de acordo com qualquer um dos métodos acima discutidos. Como mostrado na figura 6, um elemento tubular 700 pode ser preso com um elevador do tipo cunha 710 e uma aranha do tipo cunha 720, onde ambos o conjunto de cunha do tipo elevador 712 e o conjunto de cunha do tipo aranha 722 possuem um forro 714, 724, respectivamente, com uma superfície de aperto de acordo com as concretizações da presente invenção. A superfície de aperto utilizada no forro do elevador 714 pode ser igual ou diferente da superfície de aperto usada no forro da aranha 724. Por exemplo, uma ou mais superfícies de aperto podem ser não-metálicas ou podem incluir um ou mais revestimentos em um material de substrato de aço carbono. Além disso, em um ou mais concretizações, uma ou mais superfícies de aperto podem ser formadas de outros materiais que não o aço carbono e podem incluir ligas ferrosas e/ou não-ferrosos com ou sem forros. Em uma ou mais concretizações, um ou mais dos tratamentos de material acima descritos podem também se aplicar à utilização para matrizes de chaves flutuantes.
[0067] Embora a invenção tenha sido descrita em referência a um número limitado de concretizações, os versados na técnica, tendo os benefícios da presente invenção, apreciarão que outras concretizações podem ser concebidas sem se afastar do escopo da invenção como aqui divulgado. Por conseguinte, o escopo da invenção deve ser limitado apenas pelas reivindicações anexas.
REIVINDICAÇÕES
Claims (37)
1. Ferramenta de aperto (300) caracterizada pelo fato de que compreende: um elemento de aperto; uma pluralidade de dentes (330, 410) que se estendem a partir do elemento de aperto; uma camada mais externa (420) que se estende uma profundidade (425) a partir de uma superfície externa (402) do elemento de aperto, em que a camada mais externa (420) é boronizada; e uma camada cementada (430) se estendendo a partir da camada mais externa para um material de base (405, 440) do elemento de aperto, em que a camada cementada (430) compreende um recipiente de carbono maior que o material base.
2. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada mais externa boronizada tem uma dureza máxima variando entre cerca de 900 HV a 2200 HV.
3. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada cementada (430) tem uma dureza máxima variando de 50 HRC a 65 HRC ou 510 HV a 830 HV.
4. Ferramenta de aperto (300) caracterizada pelo fato de que compreende: um elemento de aperto; uma superfície de aperto (320, 400, 624) formada no elemento de aperto, em que a superfície de aperto (320, 400, 624) compreende: uma pluralidade de dentes (330, 410) que se estendem a partir do elemento de aperto; e uma camada mais externa (420) que se estende uma profundidade (425) a partir de uma superfície externa (402) do elemento de aperto; e pelo menos uma camada interna (430) formada entre a camada mais externa (420) e um material de substrato de base (405, 440), em que a camada interna (430) é formada por um processo de difusão elementar e a camada mais externa (420) é formada por um processo de difusão elementar separado.
5. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a camada mais externa (420) e/ou interna (430) é criada por uma difusão elementar de um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste de cobalto, tungstênio, molibdênio, titânio, níquel e cobre.
6. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a camada mais externa (420) é criada pela difusão de carbono, nitrogênio, boro, alumínio, silício, cromo, titânio, ou vanádio, sozinhos ou em combinação.
7. Ferramenta de aperto (300) caracterizada pelo fato de que compreende: um elemento de aperto; uma superfície de aperto (320, 400, 624) formada sobre o elemento de aperto, em que a superfície de aperto (320, 400, 624) é formada por um processo de fabricação de aditivo.
8. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que um material base (405, 440) tem uma camada de difusão adicionada antes da superfície de aperto (320, 400, 624) ser adicionada pelo processo de fabricação de aditivo.
9. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que um material adicionado pelo processo de fabricação de aditivo é não ferroso.
10. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a superfície de aperto (320, 400, 624) compreende uma pluralidade de dentes (330, 410) formado pelo processo de fabricação de aditivo.
11. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que um material base (405, 440) tem uma camada de difusão adicionada antes da camada de aperto (320, 400, 624) ser adicionada pelo processo de fabricação de aditivo.
12. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que ainda compreende a adição de uma camada externa à pluralidade de dentes (330, 410).
13. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a camada externa é uma camada de difusão.
14. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a superfície de aperto (332, 400, 624) compreende uma pluralidade de dentes (330, 410) formada por um processo de remoção de material.
15. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma camada externa sendo adicionada à pluralidade de dentes (330, 410).
16. Ferramenta de aperto (300), de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a camada externa é uma camada de difusão.
17. Ferramenta de aperto (300) caracterizada pelo fato de que compreende: um elemento de aperto; em que o elemento de aperto tem uma dureza maior do que uma dureza de um tubo; em que o elemento de aperto é formado por um processo de fabricação de aditivo; em que o elemento de aperto é configurado para fornecer força de aperto rotacional e axial ao tubo.
18. Método para fabricação de uma ferramenta de aperto (300) caracterizado pelo fato de que compreende: cementar uma superfície de aperto (320, 400, 624) formada sobre um elemento de aperto da ferramenta de aperto (300); e formar uma camada externa; em que a camada externa compreende: uma camada de boronização (420) se estendendo uma profundidade (425) a partir de uma superfície mais externa (402) do elemento de aperto; e uma camada cementada (430) se estendendo a partir da camada boronizada (420) para um material base (405, 440) do elemento de aperto.
19. Ferramenta de aperto caracterizada pelo fato de que compreende: um elemento de aperto; pelo menos uma superfície de aperto formada sobre o elemento de aperto em que a pelo menos uma superfície de aperto compreende: uma pluralidade de dentes se estendendo a partir do elemento de aperto; uma camada mais externa se estendendo uma profundidade a partir de uma superfície externa do elemento de aperto, em que a camada mais externa é criada pela difusão ou deposição de cromo, carbono, nitrogênio, boro, cobalto, tungstênio, molibdênio, níquel, cobre, alumínio, silício, titânio, ou vanádio, sozinho ou em combinações dos mesmos; uma camada intermediária se estendendo uma profundidade a parir da superfície interna da camada mais externa do elemento de aperto, em que a camada intermediária é criada pela difusão ou deposição de boro, cromo, carbono, nitrogênio, cobalto, tungstênio, molibdênio, níquel, cobre, alumínio, silício, titânio, ou vanádio, sozinhos ou em combinação dos mesmos; uma camada mais interna se estendendo uma profundidade a partir da superfície interna da camada intermediária do elemento de aperto para um material de substrato da superfície de aperto, em que a camada mais interna é criada pela difusão ou deposição de carbono, cromo, nitrogênio, boro, cobalto, tungstênio, molibdênio, níquel, cobre, alumínio, silício, titânio ou vanádio, sozinhos ou em combinação dos mesmos.
20. Ferramenta de aperto, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que a dureza da camada mais interna é maior do que a dureza do material de substrato, a dureza da camada intermediária é maior do que a dureza da camada mais interna, e a dureza da camada mais externa é maior do que a dureza da camada intermediária.
21. Ferramenta de aperto caracterizada pelo fato de que compreende: um elemento de aperto; pelo menos uma superfície de aperto formada sobre o elemento de aperto em que a pelo menos uma superfície de aperto compreende: uma pluralidade de dentes se estendendo a partir do elemento de aperto; uma camada mais externa se estendendo uma profundidade a partir de uma superfície do elemento de aperto, em que a camada mais externa é criada pela difusão ou deposição de cromo; uma camada intermediária se estendendo uma profundidade a partir da superfície interna da camada externa do elemento de aperto, em que a camada intermediária é criada pela difusão de boro; uma camada mais interna se estendendo uma profundidade da superfície interna da camada intermediária do elemento de aperto para um material de substrato da superfície de aperto, em que a camada mais interna é criada pela difusão de carbono.
22. Ferramenta de aperto, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que o material de substrato da superfície de aperto é um material com baixo teor de carbono selecionado do grupo que consiste em aço-carbono puro, aço macio, aço ressulfurado, aço de baixo carbono, aço de médio carbono, aço de baixa liga, aço de liga de cromo, aço de liga de cromo-molibdênio, aço de liga de cromo-níquel-molibdênio, liga de níquel cromo e ligas de níquel molibdênio.
23. Ferramenta de aperto, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que o material de substrato da superfície de aperto é aço cementado.
24. Ferramenta de aperto, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que a camada mais interna tem um gradiente de carbono do tipo de difusão.
25. Ferramenta de aperto, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que a camada mais interna tem uma dureza de 50 HRC a 65 HRC.
26. Ferramenta de aperto, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que a camada intermediária inclui boretos de ferro.
27. Ferramenta de aperto, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que a camada intermediária tem uma dureza de 900HV a 2200 HV.
28. Método para fabricação de uma ferramenta de aperto, caracterizado pelo fato de que compreende: formar uma camada mais interna sobre uma superfície de aperto de um elemento de aperto pela difusão ou deposição de carbono, cromo, nitrogênio, boro, cobalto, tungstênio, molibdênio, níquel, cobre, alumínio, silício, titânio, ou vanádio, sozinho ou em combinações dos mesmos; formar uma camada intermediária sobre a camada mais interna pela difusão ou deposição de carbono, cromo, nitrogênio, boro, cobalto, tungstênio, molibdênio, niquel, cobre, alumínio, silício, titânio, ou vanádio, sozinhos ou em combinação dos mesmos; formar uma camada mais externa sobre a camada intermediária pela difusão ou deposição de carbono, cromo, nitrogênio, boro, cobalto, tungstênio, molibdênio, níquel, cobre, alumínio, silício, titânio ou vanádio, sozinhos ou em combinação dos mesmos.
29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que uma ou mais dentre formar a camada mais interna, formar a camada intermediária ou formar a camada mais externa compreende contatar a superfície de aperto com um material de difusão, em que o material de difusão compreende carbono, cromo, nitrogênio, boro, cobalto, tungstênio, molibdênio, níquel, cobre, alumínio, silício, titânio, ou vanádio, sozinhos ou em combinação dos mesmos, e aquecer a superfície de aperto a uma temperatura e tempo para difundir o material de difusão a uma profundidade na superfície de aperto para formar uma camada de difusão.
30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que um ou mais dentre formar a camada mais interna, formar a camada intermediária, ou formar a camada mais externa ainda compreende resfriar a superfície de aperto.
31. Método para fabricação de uma ferramenta de aperto caracterizado pelo fato de que compreende: formar uma camada mais interna sobre uma superfície de aperto de um elemento de aperto pela difusão de carbono; formar uma camada intermediária sobre a camada mais interna pela difusão de boro; formar uma camada mais externa sobre a camada intermediária pela difusão de cromo.
32. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que formar a camada mais interna compreende aquecer a superfície de aperto em um ambiente rico em carbono por um tempo suficiente para permitir que o carbono se difunda para a superfície de aperto.
33. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o ambiente rico em carbono tem um vácuo aplicado ao mesmo.
34. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que formar a camada intermediária compreende aquecer a superfície de aperto na presença de uma fonte de boro de tal forma que o boro se difunda para a superfície de aperto.
35. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a fonte de boro é selecionada do grupo que consiste de uma embalagem de pó, uma pasta, um sal e um gás, sozinhos ou em combinação dos mesmos.
36. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que a superfície de aperto é aquecida para uma temperatura entre 704,44 °C (1300 graus Fahrenheit) e 998,89 °C (1830 graus Fahrenheit).
37. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que formar a camada intermediária compreende boronizar a camada mais interna e resfriar a superfície de aperto.
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