EFEITOS DO TRATAMENTO CRIOGÊNICO DE 24 E 36 HORAS EM AÇOS D2 E D6
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(2) EFEITOS DO TRATAMENTO CRIOGÊNICO DE 24 E 36 HORAS EM AÇOS D2 E D6 1. INTRODUÇÃO O interesse sobre custo-benefício no setor metalmecânico é algo que vem crescendo nas últimas décadas, isso porque, qualquer tentativa de diminuir custos e aumentar a produção é importante dentro da empresa (Nandakumar, 2016). Com isso, o principal alvo de estudo dos pesquisadores são as ferramentas de corte. No geral, além do custo de uma nova ferramenta, existe também a perda de produção devido seu tempo de troca. Esse custo pode ser minimizado melhorando a vida útil da ferramenta, para isso, dentre os processos mais utilizados, encontra-se o tratamento térmico. Segundo Chiaverini (2005), tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou atribuir determinadas características. Até o início do século passado, tratamento térmico de aços consistia basicamente em aquecimento dos materiais acima da temperatura ambiente, até que pesquisadores começaram a notar que aços submetidos a baixas temperaturas durante certos períodos de tempo apresentaram um aumento de resistência. Começaram então, as pesquisas com a aplicação do tratamento criogênico. O tratamento criogênico profundo (DCT) consiste basicamente em um resfriamento gradual até uma temperatura definida (entre -80ºC e -196ºC), a permanência do material por um certo período de tempo nesta temperatura (normalmente entre 6 e 36 horas variando de material para material) e o retorno da temperatura deste material à temperatura ambiente. O objetivo é a obtenção do melhoramento das propriedades mecânicas, como dureza e resistência ao desgaste, mas, recentes pesquisas apresentam melhora tanto na resistência a fadiga, como também o alcance de uma razão ótima entre propriedades conflitantes, como dureza e tenacidade (Baldissera, 2008). De acordo com Mohan et al (2001) DCT é um processo adicional à têmpera convencional, e não um processo substituto. Em geral, devido ao alto custo, o tratamento criogênico é executado em etapa única, utilizando nitrogênio líquido e baixa velocidade de resfriamento (Moreira et al., 2009) Embora o tratamento criogênico profundo apresente melhoras na vida útil de peças fabricadas com aço ferramenta, ainda se trata de um processo pouco estudado e incompreendido. Dessa forma, torna-se difícil a otimização de custo e do tempo de processo, dificultando sua inserção na cadeia produtiva. Para este trabalho, foram utilizados aços de trabalho a frio, que se caracterizam como aços de alto carbono e elevado teor de elementos de liga, normalmente aplicados para trabalhos estamparia, corte e repuxo de chapas, forjamento a frio e laminação a frio. Afim de contribuir para o melhor conhecimento dos efeitos do tratamento criogênico profundo, o objetivo deste trabalho foi analisar a influência do parâmetro tempo na temperatura criogênica por meio de análises de microdureza e resistência ao desgaste em aços ferramenta D2 e D6..
(3) 2. METODOLOGIA No desenvolvimento deste trabalho foram utilizados os seguintes materiais e métodos: 2.1. Corpos de prova Os materiais utilizados nesta pesquisa foram os aços ferramentas D2 e D6. Foram usinadas 3 amostras de cada aço com as dimensões 10 x 10 x 55mm. Uma amostra foi submetida ao CHT (tratamento térmico convencional de têmpera e revenido), a segunda ao tratamento convencional mais DCT (tratamento criogênico profundo) com permanência em temperatura criogênica por 24 horas, e a terceira amostra também submetida ao tratamento térmico convencional e DCT, mas com permanência à temperatura criogênica de 36 horas. 2.2. Tratamento térmico convencional A têmpera foi realizada pela empresa Nomiram, para o aço D2 foi utilizada a temperatura de austenitização de 1000°C, já para o aço D6 a temperatura foi de 960°C. O revenido (duplo para os dois aços estudados) foi aplicado durante 2 horas e com temperatura de 350°C para o aço D2. Para o aço D6, o tempo foi de 3 horas, com temperatura de 400°C. Esta etapa do tratamento foi realizada no laboratório de tratamentos térmicos da Unipampa, em forno marca INTI, modelo 1300. 2.3. Tratamento criogênico profundo O tratamento criogênico profundo foi realizado pela empresa CRIOFORTE da cidade de Canoas-RS. A temperatura mínima atingida foi de -194°C, a taxa de resfriamento foi de 0,4 °C/min e o fluído utilizado foi o nitrogênio. O tempo de imersão utilizado foi de 24 e 36 horas. O DCT quando aplicado, foi realizado entre a têmpera e o revenido. 2.4. Ensaio de Microdureza O ensaio de microdureza foi realizado no laboratório de mecânica aplicada da Unipampa campus Alegrete, o equipamento utilizado foi o Micrômetro marca Buehler, modelo micromet 6010. A escala utilizada foi a Vickers com carga de 500g. Foram realizadas 5 medições para cada amostra. 2.5. Ensaio de desgaste abrasivo O desgaste abrasivo foi quantificado através da perda de massa em relação a PDVVD LQLFLDO GH DPRVWUDV VXEPHWLGDV DR HQVDLR GR WLSR ³EORFN RQ ULQJ´ 2 HQVDLR consiste em amostra de dimensões 10 x 12,7 x 12,7mm friccionada contra um disco recoberto com uma lixa. O ensaio foi realizado no laboratório de máquinas da Unipampa Alegrete. O equipamento utilizado foi o PHOENIX TRIBOLOGY, modelo TE 53 Slim. Os parâmetros utilizados foram: disco de diâmetro 60mm, lixa com granulometria de 120, carga de 5 Kgf, velocidade de 50 RPM e quantidade de 300 ciclos para cada ensaio. Foram feitos 4 ensaios para cada amostra..
(4) 3. RESULTADOS e DISCUSSÃO 3.1. Microdureza HV0.5 Tendo CHT como comparativo, podemos observar uma queda na microdureza para ambos os aços submetidos ao DCT de 24 horas. O mesmo efeito ocorre com o aço D6 submetido ao DCT de 36 horas, enquanto para o aço ferramenta D2, houve um ligeiro, porém, não significativo aumento em sua microdureza.. Figura 1. Resultado Ensaio Microdureza HV0.5 Segundo Collins (1996), a formação de finos carbonetos os quais são atribuídos ao tratamento criogênico, tem como resultado o aumento na resistência ao desgaste e na tenacidade do material, mas pouco ou nenhum efeito na dureza. Entretanto não há um consenso entre os autores quanto esse aspecto. Conforme Baldissera (2008) cada material precisa ser tratado e testado em diferentes parâmetros a fim de se identificar as condições ótimas. 3.2. Teste de desgaste Dados para o aço ferramenta D2 apresentaram um aumento em sua perda de massa, ocasionando uma queda em sua resistência a abrasão. Por outro lado, para o aço D6, o coeficiente de variação nos confirma que o DCT aumenta sua resistência ao desgaste abrasivo em 40% para ambos os tempos de imersão.. Figura 2. Resultado Ensaio de Desgaste.
(5) De acordo com Rendón e Armendariz (2000), aços que por sua composição química tendem a reter mais austenita, apresentam um aumento mais significativo de resistência ao desgaste, enquanto aços que possuem uma grande quantidade de carbonetos minimizam o aumento da resistência ao desgaste. Moreira et al. (2009) também atribui o desgaste das ferramentas a presença de diferentes carbonetos na microestrutura do aço. Além disso, o tamanho e tipo de carboneto formado durante o tratamento criogênico submetido a tempos de encharque diferentes, afetam significativamente a resistência ao desgaste do material da peça e, consequentemente podem causar diferentes taxas de desgaste na ferramenta de corte. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS A medição de microdureza das amostras tratadas criogenicamente por 24 e 36 horas não apresentou alterações significativas entre os dois tratamentos. Entretanto não existe um consenso entre os autores sobre esse aspecto. Acredita-se que esse fenômeno esteja relacionado à formação de finos carbetos que proporcionam aumento na resistência ao desgaste e tenacidade do material, porém, não afeta a dureza. Com relação ao teste de desgaste, para o aço D2, observou-se um aumento em sua perda de massa para ambos os ciclos de tratamento criogênico. Por outro lado, o aço ferramenta D6 apresentou uma melhora significativa com relação ao seu percentual de perda de massa, apresentando um aumento 40% de sua resistência ao desgaste abrasivo, tanto para DCT de 24 horas quanto para 36 horas. A diferença de resultados entre os aços D2 e D6 pode estar relacionada à sua composição química e a presença de carbonetos em sua estrutura decorrentes do tratamento criogênico. Por fim, conclui-se que ambos os tempos de imersão (24 e 36 horas) apresentam resultados positivos para teste de desgaste abrasivo para o aço ferramenta D6. Porém para resultados mais conclusivos, é necessário a utilização de novas formas de análise além de um maior número de amostras para cada material. 5. REFERÊNCIAS BALDISSERA, P.; DELPRETE, C. Deep Cryogenic Treatment: A Bibliographic Review. The Open Mechanical Engineering Journal, v.2, p. 1-11, 2008. CHIAVERINI, V. Aços e Ferros fundidos. Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 2005. COLLINS, D. N., Deep Cryogenic Treatment of tool steels: a Rewiew. In: Heat Treatment od Metals, 1996. MOHAN, D. N.; RENGANARAYANAN, S.; KALANIDHI, A. Cryogenic Treatment to Augment Wear Resistance of Tool and Die Steels, Cryogenics, vol.41, No. 3, p. 149± 155, 2001..
(6) MOREIRA, J. C.; ÁVILA, R. F.; GODOY, G. C. D.; ABRÃO, A. M. Influência do tratamento criogênico na usinabilidade do aço rolamento ABNT 52100 temperado, v.14, n.3, p.932 - 946, 2009. NANDAKUMAR, N. Experimental Investigation to Minimize Tool Wear by Cryogenic Treatment. International Journal of Scientific Research in Science, Engineering and Technology, v. 2, n.3, p. 389-392, 2016. RENDÓN, A. I.; ARMENDARIZ, C. S. Aumento en la resistencia al desgaste de aceros para herramientas a través de la aplicación de tratamiento criogénico. [acesso em 6 de set 2016]. Disponível em: https://temariosformativosprofesionales.files.wordpress.com/2013/10/articulo-tecnicotratamiento-criogenico-2000.pdf..
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