Avaliação do aumento da resistência à abrasão do ferramental de estampagem com folhas metálicas

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Tipo
Dissertação
Data
2019-02-14
Autores
Augusto, Arnaldo
Orientador
Vatavuk, Jan
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Couto, Antonio Augusto
Andrade, Arnaldo Homobono Paes de
Programa
Engenharia de Materiais e Nanotecnologia
Resumo
O desgaste é o fator que causa a maior parte das falhas e a redução na vida útil de ferramentas de conformação, além de resultar em produtos com condições superficiais intoleráveis. A crescente demanda da indústria por menores custos, maior produtividade e melhor qualidade estão entre as justificativas para que se busquem maneiras de incrementar o desempenho nos ferramentais de conformação (punções, matrizes, relevos e extratores). Neste contexto, o trabalho teve como objetivo avaliar superfícies projetadas para resistência ao desgaste, observando características necessárias para seu uso em ferramentas de conformação a frio. O foco na resistência ao desgaste se deve ao fato que ao fazer ranhuras na ferramenta, a mesma deve ser retirada para polimento, afiação e correção do raio, reduzindo sua vida útil. Para isso, fez-se um estudo comparativo de caracterização e comportamento ao desgaste abrasivo de dois tipos de aço o AISI D6 e o S790 Microclean®. O aço AISI D6 é produzido por metalurgia convencional, tendo sido temperado e revenido para faixa de dureza HRC 60-62, não recebendo nenhum tratamento a posteriori. A liga S790 Microclean® é um aço sinterizado e produzido por HIP (prensagem isostática a quente), com microestrutura inicial temperada e revenida para a dureza na faixa de HRC 61-63. Esta liga recebeu tratamento superficial em duas etapas, inicialmente nitretação gasosa de baixa pressão, seguido da aplicação de um revestimento de AlCrN (nitreto de cromo e alumínio) pelo processo de deposição física de vapor assistida por plasma. A esta tecnologia dá-se o nome de processo Duplex. O processo de estampagem utilizou como matéria prima a folha metálica cromada utilizada na fabricação de tampas para embalagens de vidro. A folha cromada consiste de uma “folha” laminada de aço de baixo teor de carbono, com deposição de cromo pelo processo eletrolítico. Esta superfície não possui grande resistência à corrosão, mas é muito resistente a sulfuração apresentando excelente aderência a certos vernizes e comparada a folha de flandres é de menor custo para produtos de baixa acidez como por exemplo tampas metálicas para potes de vidro para ervilhas e legumes em geral. Inicialmente foi testado o aço VF800AT fornecido em estado recozido, para comparação ao aço AISI D6. O aço VF800AT é aplicado em ferramentas para estampagem, prensagem, extrusão, corte, rolos laminadores de rosca, conformação a frio e todas as aplicações de processamento de materiais abaixo de 250°C, especialmente à temperatura ambiente, onde estejam envolvidas elevadas tensões. O aço VF800AT tem uma composição química especialmente desenvolvida para proporcionar boa resistência ao desgaste associada à elevada tenacidade. Tem elevada temperabilidade, podendo ser temperado ao ar ou em óleo, inclusive com aquecimento em forno a vácuo. Em comparação aos aços da série D o VF800AT é menos propenso a trincas induzidas por usinagem ou processo de eletroerosão, pois graças a seu menor teor de carbono e cromo, apresenta carbonetos primários menores e em fração volumétrica mais reduzida. Esta liga foi submetida ao tratamento térmico de têmpera dentro da faixa 1.020ºC à 1.040ºC, seguida de dois revenimentos de uma hora na temperatura de 520ºC. Na sequência foi realizada nova usinagem para correções dimensionais, seguido de aplicação de revestimento através do processo PVD (Physical Vapor Deposition). Nesta etapa de fabricação constatou-se que o aço VF800AT não apresentava boa estabilidade dimensional variando em torno de 0,015mm, após o tratamento térmico e depois de um período de uma semana em operação o revestimento apresentou trincas e começou a ceder e desplacar, ficando inviável a utilização desta liga nesta aplicação. Para atingir o objetivo em termos de desempenho das ferramentas, foi necessário um material no qual houvesse boa adesão do revestimento escolhido, além de uma elevada estabilidade dimensional, pois a cada afiação o material é submetido a 450℃ para nova aplicação do revestimento PVD. A opção foi o aço S790 Microclean®, aço fabricado por sinterização, com alta resistência ao desgaste e tenacidade, resistência à compressão e que tivesse uma boa estabilidade dimensional, conseguida com o ciclo térmico de têmpera e revenimento empregado neste estudo. A escolha deste material levou em conta também problemas operacionais como presença de fuligens ou corpos estranhos aderidos a folha metálica, com grande potencial para a geração de riscos no produto acabado. O aumento da dureza superficial da ferramenta foi conseguido através de aplicação de revestimento pelo processo PVD bem aderido à superfície nitretada. A nitretação seguida de deposição pelo processo PVD, leva o nome de duplex, sendo que a maior dureza da camada nitretada em relação ao metal base faz com que diminua a diferença de dureza entre a camada depositada e seu substrato. O punção de S790 Microclean® se mostrou eficaz para o objetivo pretendido, reduzindo o desperdício de produção que era de ± 10 horas em um período de 24 horas, para ± 1 hora em um período de 16 horas e o número de peças defeituosas que era 0,3% da produção (± 1.600) para 0,1% (±620), a manutenção preventiva dos punções passou de bimestral para semestral e a mão de obra para classificação dos produtos não conforme também foi reduzida em torno de 38%.
Descrição
Palavras-chave
folha metálica , revestimento duplex , desgaste abrasivo
Citação
AUGUSTO, Arnaldo. Avaliação do aumento da resistência à abrasão do ferramental de estampagem com folhas metálicas. 2019. 68 f. Dissertação( Engenharia de Materiais e Nanotecnologia) - Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo.