O processo industrial de tratamentos térmicos envolve o controle de diversos parâmetros como temperatura, tempo e meios de resfriamento. Esses tornam-se ainda mais complexos devido às diferentes geometrias trabalhadas e ao curto tempo de acerto do processo e entrega do produto ao cliente.
Nesta coluna eu busco mostrar como a simulação computacional pode ser utilizada para se definir uma solução viável na eliminação de defeitos de têmpera.
Frente a uma peça cilíndrica, aplicada à perfuração de solos, com histórico de trincas ocorridas após o processo de têmpera em água, elaborou-se um modelo computacional capaz de simular a têmpera (Fig.1). Foram utilizados os softwares JMatPro®, na previsão do material, e o DEFORMTM, na previsão do processo de tratamento térmico.
As simulações permitiram entender a ocorrência das fraturas neste processo, levando em consideração uma análise conjunta do efeito das microestruturas obtidas e, como consequência, o surgimento de tensões trativas devido à formação superficial de martensita, microconstituinte frágil, e de bainita ao centro, microconstituinte relativamente mais tenaz.
Uma vez compreendido que as máximas tensões principais podem ser correlacionadas com a ocorrência de trincas em um material martensítico, proveniente da têmpera em água, testou-se virtualmente diferentes meios de resfriamento e até mesmo a combinação desses meios de resfriamento. A água e o óleo foram escolhidos para demonstrar esses testes.
Inicialmente, para a representação do modelo que apresentava fratura, simulou-se o processo de têmpera em água. Observou-se elevadas tensões máximas principais nos pontos P1 e P2, sendo essas correlacionadas com a ocorrência das trincas.
Assim, prosseguiu-se com novas simulações considerando-se o resfriamento em óleo, o qual reduziu significativamente a máxima tensão principal, chegando a torná-la compressiva, ou seja, eliminando a ocorrência de trincas. Entretanto, obteve-se uma quantidade de martensita abaixo da especificação, o que invalidou o uso do óleo como meio de têmpera.
Buscando-se reduzir as máximas tensões principais, e assim o risco de trincas, mas ao mesmo tempo garantir uma fração martensítica aceitável na superfície da peça, implementou-se um resfriamento combinado de meios de têmpera. A peça foi mergulhada primeiro em óleo e depois em água, conforme tempos previamente definidos.
Como pode ser visto na Fig. 2, o meio de resfriamento combinado reduziu em aproximadamente 60% a máxima tensão principal no ponto P1. Isso representa uma sensível tendência à eliminação da ocorrência de trincas. A Fig. 3 mostra que a quantidade de martensita se manteve relativamente alta para o meio de resfriamento combinado, atendendo às especificações de produto.
de meios de resfriamento, 38º Senafor)
Outras alternativas, além da modificação do meio de têmpera, podem ser empregadas, dependendo de cada caso, especialmente em abordagens de peças complexas. Modificações nas geometrias, no material, nos parâmetros de forno, nos processos anteriores, nos tipos de dispositivos, nas formas de carregamentos e outros podem também vir a ser soluções. Todas essas alternativas devem sempre ser simuladas, visando um menor tempo de desenvolvimento e uma redução nos custos de tryout.
Nome da autora: Mariana Medeiros
Departamento Comercial da Sixpro Virtual&Practical Process, empresa especializada em simulação computacional. Engenheira Metalurgista pela PUC-MG.
