Estudo para manufatura energeticamente eficiente de engrenagens através do emprego de aço bainítico de resfriamento contínuo

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Menezes, Valcir Marques de
• Orientador(a): Rocha, Alexandre da Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Engrenagens; Aço bainítico; Forjamento a quente; Nitretação a plasma; Consumo de energia : Redução
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/232685

Reduções no consumo energético estão entre os principais pontos almejados pelo setor industrial, responsável por grande parte da demanda global. Projetos de pesquisa na área de forjaria buscam a redução do consumo energético durante a fabricação de componentes mecânicos, via eliminação de tratamentos térmicos e aplicação de processos termomecânicos. O uso de aços bainíticos avançados possui um grande potencial na otimização das rotas de fabricação de componentes forjados a quente. Portanto, o objetivo desta pesquisa é avaliar a potencialidade de substituição da rota de fabricação convencional de engrenagens forjadas em aço ferrítico-perlítico DIN 20MnCr5 por uma rota de menor consumo energético, utilizando o aço bainítico DIN 18MnCrSiMo6-4. Neste trabalho, as propriedades mecânicas de amostras forjadas foram avaliadas por ensaios de tração, dureza e impacto, enquanto a microestrutura foi avaliada por metalografia óptica. As engrenagens manufaturadas foram submetidas a ensaios de desgaste FZG, os danos oriundos dos ensaios foram caracterizados por meio de microscopia óptica e MEV, e os dados de fadiga de contato suportados pela distribuição estatística de Weibull. Adicionalmente, o consumo energético de cada rota de processamento foi levantado. Os resultados apontam que o aço bainítico alcança melhores propriedades mecânicas após forjamento, em relação ao aço ferrítico-perlítico, tendo uma boa combinação entre tenacidade e resistência. Atestou-se que a nitretação a plasma proporciona uma dureza superior a alcançada por processos convencionais. Constatou-se que a rota de processamento proposta demanda 45% menos energia em relação a rota atual, além de possuir um tempo de produção 10% menor. O desempenho em fadiga de contato da rota proposta foi superior à convencional em 36,3%. Ademais, evidenciou-se que o desgaste em engrenagens possui relação com a área de contato, taxas de deslizamento, espessura do filme lubrificante e coeficiente de atrito. Os resultados obtidos comprovam a viabilidade de substituição do aço DIN 20MnCr5 pelo aço DIN 18MnCrSiMo6-4 na manufatura de engrenagens forjadas, visto que se alcançou um objetivo comum entre a otimização de rotas de processamento e o aumento da vida em fadiga de contato de engrenagens.