Estudo para manufatura energeticamente eficiente de engrenagens através do emprego de aço bainítico de resfriamento contínuo - Menezes, Valcir Marques de (2021)
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.