Falar sobre a importância da simulação computacional e o quão avançada a tecnologia está nesta área tem sido o objetivo dos temas abordados nesta coluna. No entanto, a evolução da mesma no meio do tratamento térmico é ainda um território pouco explorado pela indústria do setor metalúrgico e também raramente difundido pelas universidades brasileiras. A pergunta que os empresários dessas se fazem é: qual a razão de se empregar uma ferramenta de simulação? A resposta se resume à redução de custos de produção, deixando então de enxergar o software como um gasto e tornando-o um investimento em sua empresa.
Contudo, apostar em uma ferramenta requer garantia de qualidade e resultados responsáveis, sendo essa capaz de realizar análises de ciclos térmicos, microestruturas finais, tensões residuais e distorções provenientes do tratamento térmico. Para tal efeito, é necessário também o uso de dados de entrada coerentes e seguros sobre o material a ser utilizado na simulação. Dessa forma, o software deve permitir a conexão com dados externos, a fim de se obter um resultado final confiável e satisfatório. A exemplo dessa funcionalidade, muitas empresas fazem o uso do software de tratamento térmico por análise numérica em conjunto com o JMatPro, software descrito em edições passadas nesta coluna, ambos já testados pela SIXPRO.
Através da simulação, operações de tentativa e erro, práticas comuns na indústria, poderiam ter a sua frequência de realização reduzida devido ao direcionamento dado pelos resultados simulados. Além do mais, através das informações disponibilizadas, decisões que acarretam em minimização de custos poderiam ser tomadas de forma mais confiável e assertiva. Essas reduções podem estar baseadas, por exemplo, na redução de energia dos fornos, na implementação de ações corretivas, nas distorções, nas tensões envolvidas ou na otimização do tempo de processo e dos meios de resfriamento.
Apresentam-se nas Figs. 1 e 2 alguns resultados obtidos na simulação de tratamento térmico realizada no software Sysweld para uma engrenagem sujeita a operações de cementação, seguidas de têmpera em óleo, sendo esse um procedimento usual adotado pela indústria na fabricação de engrenagens. O material utilizado para a realização do procedimento foi um Aço-Cromo-Manganês com 0,16 % de carbono, obtido via JMatPro.
É possível observar na Fig. 1 os resultados referentes à quantidade de carbono e sua disposição na engrenagem após a cementação. A partir dos mesmos, é possível mensurar a profundidade alcançada na difusão do carbono. Nesse caso, foi observado um teor máximo de 0,9% de carbono na superfície da peça, revelando se o tratamento proposto foi capaz de atingir ou não a dureza esperada na peça.
Já na Fig. 2 são apresentados os resultados cinemáticos da simulação. O gradiente de cores sobre a engrenagem representa de forma quantitativa qual foi o deslocamento sofrido por um determinado nó da malha em relação a sua posição inicial durante o processo, o que reflete na magnitude da distorção naquela região da engrenagem. No caso realizado, houve um deslocamento máximo de 0,07mm. As distorções foram ampliadas 50x e sobrepostas ao contorno da sua geometria inicial, a fim de se fazer uma análise qualitativa, sendo possível notar o sobremetal da engrenagem após todo o tratamento.
A demonstração apresentada indica a capacidade de se prever possíveis problemas durante a produção como perdas com sobremetal, e maiores distorções ou empenamentos, possibilitando preveni-los sem que se tenha gastos excessivos em tryouts. Essas e outras análises possibilitam, por exemplo, ações voltadas para redução do tempo do processo, economia de gás de forno, etc.
Dessa forma, entendendo todas as funcionalidades e benefícios trazidos pelas simulações ao ambiente industrial, fica simples compreender o papel da simulação computacional na redução de custos dentro do processo produtivo, em especial aos processos de tratamento térmico, considerados os mais sensíveis durante a produção.
