Estudo do efeito do shot peening antes da nitretação na vida útil de matrizes de H13 aplicadas no forjamento a quente

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Petracco Filho, Tomaz Batista
• Orientador(a): Takimi, Antonio Shigueaki
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Forjamento a quente; Aço; Rugosidade de superfície; Nitretação
• Palavras-chave em Inglês: Shot peening
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/217359

A tecnologia de forjamento a quente do aço tem evoluído constantemente devido aos estudos motivados pela melhoria da qualidade e pela eterna necessidade de redução dos custos de produção. A tendência dos maiores consumidores de produtos em aço forjado reside sistematicamente na exigência de elevados níveis de qualidade dimensional e acabamento superficial, em parte devido a necessidade da redução do sobremetal e outra pela busca em se obter superfícies brutas de forjamento, prontas para a aplicação final. Uma das características intrínsecas do forjamento a quente é o processo constante de degradação dos ferramentais. Em parte, isso se deve a exposição a temperaturas, pressões e velocidades de escoamento extremamente elevadas. Neste cenário, pesquisar técnicas para a elevação da vida útil das ferramentas torna-se fundamental para manutenção da competitividade, uma vez que o valor do ferramental tem um impacto muito relevante no custo final de fabricação do produto. Durante o forjamento os sucessivos ciclos de aquecimento e resfriamento geram tensões térmicas na superfície da ferramenta, e estas por sua vez dão origem a nucleação de trincas de fadiga térmica. Estas trincas, associadas ao escoamento severo do material aquecido, resultam na remoção progressiva e arrancamento parcial de material da superfície exposta. Buscando uma forma eficiente e economicamente viável de combater o desgaste em ferramentas de forjamento, o estudo realizado nesta dissertação verificou os efeitos no aumento da vida útil do aço para trabalho a quente AISI H13 quando submetido a técnica de shot peening antes da aplicação do processo de nitretação gasosa, combinação que será denominada de tratamento híbrido. A metodologia utilizada foi estruturada em dois testes, no primeiro, corpos padronizados, com e sem aplicação de shot peening foram submetidos a uma determinada ciclagem térmica seguido de carregamentos cíclicos por flexão rotativa. No segundo teste, em uma mesma matriz, foram aplicadas as mesmas receitas dos corpos de prova padronizados, a ferramenta foi então submetida a uma campanha real de forjamento. Durante o forjamento, através de uma técnica indireta de avaliação dimensional, foi possível avaliar o desgaste da região sem tratamento de shot peening em comparação com a região tratada. Para o primeiro teste, os resultados encontrados foram bastante satisfatórios, no teste de fadiga por flexão rotativa o processo de shot peening ampliou a vida média dos corpos de prova em 89%, mesmo não sendo validado estatisticamente, sugere uma possível melhora no comportamento quanto ao bloqueio dos danos acumulados pela fadiga térmica. Com relação ao teste prático de forjamento de 1600 peças, foi possível observar que o lado da ferramenta somente nitretado sofreu um desgate total de 0,802mm contra 0,473mm no lado com aplicação do shot peening mais nitretação, demonstrando que a aplicação do processo híbrido permitiu uma redução de 41,02% no desgaste total da ferramenta. Com relação ao desempenho do ferramental de forjamento, concluiu-se que o mesmo foi favoercido pela alteração da superfície provocada pelo processo de shot peening através da formação das pequenas depressões que atuaram como sítios para coleta das partículas endurecidas assim como reservatórios para manutenção do desmoldante. Outro efeito significativo gerado pela alteração da superfície foi a alteração do perfil de escoamento do material forjado através da alteração das velocidades junto a superfície. Desta forma concluí-se que a autilização do processo híbrido, apresenta-se como uma alternativa alternativa apropriada para suprir a necessidade das forjarias que buscam um processo técnico e economicamente viável para prolongar a vida útil de seus ferramentais de forja.