Laboratório de Transformação Mecânica, através do Grupo de Engenharia de Superfícies, coordenado pelo Prof. Alexandre da Silva Rocha, desenvolve pesquisas em tratamentos de Nitretação a Plasma, Modificação Mecânica de Superfícies, bem como revestimentos por filmes finos pela técnica de PVD (Deposição Física de Vapor). Os revestimentos são utilizados para elevar a resistência ao desgaste e reduzir o atrito, tendo como principal objetivo aumentar a vida útil das ferramentas de conformação e melhorar a qualidade dos produtos obtidos. Uma alternativa a estes tratamentos de alto custo é o processo de HVOF (High Velocity Oxy-Fuel) para o recobrimento de ferramentas e matrizes. Esta técnica é um dos métodos mais avançados de aspersão térmica para deposição de compostos de alta dureza.
O processo de Aspersão Térmica Oxicombustível de Alta Velocidade (HVOF) possui importantes vantagens em comparação com os outros processos de aspersão, além de funcionar através de uma pistola que proporciona grande mobilidade e não requerer câmaras com ambiente controlado, dentre as quais é possível citar:
– Baixo ataque térmico ao substrato;
– Possibilidade de deposição de diversos revestimentos com elevada adesão;
– Baixa porosidade em comparação com os outros processos de aspersão.
Metodologia a ser Empregada
Os revestimentos a serem utilizados serão selecionados por suas propriedades, tais como resistência a elevadas temperaturas, dureza, resistência à abrasão, adesão e tenacidade. Os aços que receberão os revestimentos são o aço AISI H13 e alternativamente o aço Thermodur.
No desenvolvimento deste trabalho serão utilizados equipamentos para realizar ensaios de abrasão, de fadiga de contato e para avaliação dos coeficientes de atrito, dentre vários outros para a caracterização do aço e revestimento. O trabalho envolverá ensaios de forjamento a quente a serem realizados no ambiente laboratorial, bem como em empresas do setor.
Resultados Preliminares
A avaliação de desempenho de um revestimento à base de WC (Carboneto de Tungstênio) foi realizada para o processo de forjamento a quente de um componente automotivo conhecido como garfo, o qual aplica-se na construção de eixos Cardan. Na Fig. 1, tem-se uma foto ilustrativa do garfo forjado, esta peça pesa cerca de 3,8 Kg.
O forjamento de um lote com 900 peças foi programado para um conjunto de ferramentas fabricadas na condição convencional e outro lote de 900 peças para as ferramentas revestidas (Fig. 2 e 3).
Na Fig. 4 é apresentada micrografia do revestimento obtido, sendo possível observar a porosidade típica deste processo de recobrimento e sua espessura de 0,17mm.
Teste da esfera-sobre-disco realizado sobre amostras revestidas revelou uma redução do valor médio do coeficiente de atrito de Coubomb de 0,66 para 0,42, bem como uma redução da largura das trilhas, indicando diminuição do desgaste e boa adesão.
Desempenho da Matriz Revestida na Produção
Através dos resultados apresentados na tabela 1 é possível observar que o forjamento com a ferramenta revestida possibilitou um aumento na produção em 37,5% se comparado com o processo convencional. Houve também redução de 75% em situações nas quais a prensa permaneceria parada.
Nas Figs. 5 e 6 seguem fotos de peças pertencentes ao final do lote programado de 900 peças. Observa-se claramente melhor legibilidade da gravação na condição com as ferramentas revestidas, comprovando o menor desgaste.
O comportamento das matrizes revestidas é mais estável quanto aos requisitos de fabricação, e este aspecto possibilitou melhor desempenho de todos os fatores relacionados à produtividade. Outra vantagem deste revestimento é que ele permite usinagem posterior e redeposição, no entanto, estas características ainda precisam ser melhor estudadas.
Agradecimentos
O autor agradece à divisão de forjados da Dana Albarus e à empresa Rijeza pela disponibilidade para realização dos testes em produção. Assim como à CAPES e CNPq pelo financiamento de bolsas de pesquisa. O autor também agradece aos alunos de doutorado Angela Selau Marques e Jorge Antônio Huff e à aluna de mestrado Vanessa Moura pelas valiosas contribuições.
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[1] Huff JA. Avaliação do desempenho de matrizes para forjamento a quente revestidas por carboneto de cromo através do processo HVOF. Orientador: prof. Dr. Alexandre da Silva Rocha. Porto Alegre: Mestrado UFRGS/PPGE3M; 2009;
2] Lima CC, Trevisan R. Aspersão térmica – Fundamentos e aplicações. São Paulo: Artliber; 2007;
[3] Byrer TG. ASM – Forging Handbook – Introduction and applications. Cleveland: Forging Industry Association; 1985;
[4] Schneider KE, Belashchenko V, Dratwinski M, Siegmann S, Zagorski A. Thermal spraying for power generation components. Weinheim: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co. KgaA; 2006;
[5] Fauchais PL, Heberlein JV, Boulos MI. Thermal spray fundamentals. New York: Springer; 2014.
