Integrantes:Edevaldo Aparecido JerônimoKaleo de Oliveira GoesJackson Grittem FagundesCésar Ubiratam Mainardes VicenteMárcio José da Silva

Prof. Orientador: Msc. Rejane Steidel

Problema

Conjunto do gabarito de aço 1040,

criado na disciplina de Introdução a

Engenharia, apresentou desgaste na

furação das chapas e na haste que fica

entre as duas.

Além deste problema, devemos

garantir que tanto chapas quanto haste

não empenem, ainda porque, para este

tipo de material não é usual a

aplicação de tratamento térmico ou

termoquímico.

• Edevaldo Aparecido Jerônimo (Gerente do Projeto)• Mecânica Geral e Ferramentaria pelo SENAI,• Graduado em Analista de sistema pela FACET,• Pós Graduação em Engenharia de Produção – UFPR,• 4º Período em Engenharia Mecânica – SOCIESC,• Emprego atual: CNH Latin America Ltda (New Holland), 21 anos de

empresa os quais: 04 anos no departamento de usinagem; 14 anos no departamento de Qualidade e os últimos anos na Engenharia do Produto no departamento de Validação do Produto.

Estrutura do Quadro Gerencial

• Kaleo de Oliveira Goes (Coordenador de Projetos),• Técnico em mecatrônica - PUC PR,• 3º Período de Engenharia Mecânica – SOCIESC,• Conhecimentos em usinagem, experiência com manutenções

corretivas, preventivas e preditivas,• Experiência com equipamentos pneumáticos e hidráulicos,• Emprego atual: Sumitomo rubber do brasil: Realização do Startup da

fábrica, execução de instalação de equipamentos e ajustes. Instalação de equipamentos hidráulicos, pneumáticos. Elaboração de instruções de trabalho.

Estrutura do Quadro Gerencial

• Jackson Grittem Fagundes (Analista do Projeto)• Mecânica Geral – SENAI,• Formado em Tecnologia em Gestão da Produção pela Fatec Internacional, • Pós graduado em Novas Tecnologias e Projetos de Redes de Computadores pela

Faculdade Santa Cruz – Inove, • 3º período de Engenharia Mecânica pela Faculdade de Tecnologia Tupy – Sociesc,• Experiência em usinagem, produção, ferramentaria e manutenção industrial,• Emprego atual: Analista de Projetos e Processos pela Segula do Brasil, prestando

serviço na área de novos projetos e desenvolvimento na Renault do Brasil.

Estrutura do Quadro Gerencial

• César Ubiratam Mainardes Vicente (Analista do Projeto)• Projetista Mecânico Pleno na área de projetos de Máquinas,

dispositivos de montagem, dispositivos de Inspeção na indústria Automobilística,

• Projetista Mecânico com experiência em Estruturas e equipamentos na área de Tratamento de águas e Efluentes,

• Liderança de equipes de Montagem, Instalações industriais, maquinas e tubulações industriais,

• Liderança de equipe de usinagem, soldagem, pintura e montagem de equipamentos industriais.

Estrutura do Quadro Gerencial

• Márcio José da Silva (Analista do projeto)• Técnico em Processamento de Dados - COLTEC (União da Vitória/PR)• Técnico em Segurança do Trabalho - Instituto Miguel Farah (Porto

União/SC)• 3.º Período Engenharia Mecânica - Sociesc• 11 anos na área de Segurança do Trabalho,• Atualmente a 2 anos como Téc. Seg. Trabalho na SANEPAR.

Estrutura do Quadro Gerencial

Objetivo• Elaborar um estudo para solucionar uma reclamação de cliente relacionada ao

desgaste do dispositivo como assunto de projeto integrado aplicando os conhecimentos adquiridos nas disciplinas de física II, metrologia dimensional, comportamento mecânico dos materiais e tecnologia dos materiais.

Hipóteses

• Foram feitas várias pesquisas quanto aos tipos de tratamentos térmicos que poderiam ser viáveis ao material do gabarito, mas devido as dimensões há um risco muito grande do material sofrer empenamento na haste e chapas, o que pode comprometer o processo.

• Tratamentos térmicos como têmpera, cementação, nitretação e carbonitretação foram os que apresentaram mais proximidade com as necessidades que dispúnhamos.

CRONOGRAMA PREVIO DE ATIVIDADES

ATIVIDADES ago/14 set/14 out/14 nov/14 dez/14Apresentação do projeto integrado XFormação da equipe XApresentação do problema a ser solucionado XPesquisa bibliografica X XMetodologia X XColeta e analise de dados X XElaboração do trabalho X X XReunião com professores X XRevisão ortográfica e metodologica X XEntrega e apresentação dos resultados X

Tratamentos Pesquisados

Têmpera

• Tratamento térmico que permite que o material ganhe mais dureza e consequentemente ganha mais fragilidade.

• Na têmpera a peça é aquecida em uma temperatura média de 800ºC, para aços carbono, depois há uma manutenção da temperatura, para que todo o material alcance a mesma temperatura, e logo após esse processo há um resfriamento brusco em água, óleo, ou ar.

TêmperaFigura da tabela de Temperatura de aquecimento e meio de resfriamento para tempera

Inviabilidade da têmpera no aço 1040

• O aço 1040 possui temperabilidade muito baixa, o que irá gerar tensões excessivas no material, podendo ocasionar trincas e empenamento.

Figura 4 – Jominy hardness curve – comparativo aço 1040 e 8640

Revenimento

• Sempre acompanha a têmpera;• Tem como objetivo o alívio ou remoção de tensões proveniente da

têmpera, mas não elimina a probabilidade de empenamento, ao contrário, como se eleva novamente a temperatura, pode piorar o empenamento no caso das chapas e haste;

• NÃO GARANTE QUE O MATERIAL TRINQUE, pois a trinca de têmpera não é ocasionada neste processo.

Martêmpera• O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo

isotérmico, no qual toda a peça atinja a mesma temperatura. A seguir o resfriamento é feito lentamente de forma que a martensita se forma uniformemente através da peça. A ductilidade é conseguida através de um revenimento final.

Passo isotérmico

Austêmpera• Neste processo o procedimento é análogo à martêmpera. Entretanto

a fase isotérmica é prolongada até que ocorra a completa transformação em bainita. Como a microestrutura formada é mais estável (alfa+Fe3C), o resfriamento subsequente não gera martensita. Não existe a fase de reaquecimento, tornando o processo mais barato, mas ainda assim não livra do empenamento.

Passo isotérmico

Cementação• É um tratamento termoquímico que consiste na introdução de carbono na

superfície de aços de baixo carbono, de modo que o teor superficial desse elemento possa atingir até valores em torno de 1%, a uma superfície pré-determinada com o objetivo de se aumentar a dureza superficial do material normalmente depois de temperado.

• A espessura de difusão do carbono e a espessura efetiva de endurecimento de camada (EDC) pode variar de raso, geralmente menor que 2mm, até espessuras mais profundas, de 4mm a 6mm. Para se produzir uma combinação de superfície dura com núcleo tenaz, deve-se partir de um aço com baixo carbono, (C <0,30%, normalmente 0,25% de carbono), e aquecê-lo, geralmente, entre 815ºC a 980ºC.

• Existem alguns tipos de cementação: sólida ou em caixa, líquida, gasosa e sob vácuo.

Cementação

• Vantagens: Pode utilizar uma maior variedade de fornos, pois produz sua própria atmosfera cementante;

• Desvantagens: • Não permite controle do potencial de carbono na superfície da peça;• Não é recomendada para têmpera direta após cementação, devido à

dificuldade de desempacotar peças;• É mais lenta que os outros processos de cementação, pois é preciso

aquecer e resfriar a peça junto com a caixa que a contém;

Nitretação

• Processo de difusão do nitrogênio monoatômico proveniente de uma fonte (um gás, um sal, etc.) em contato com a superfície de metais, com o objetivo de obter uma camada dura e resistente ao desgaste, através da formação de nitretos (meta) estáveis em temperaturas na faixa de 490 - 570ºC.

• Os tipos de nitração são: a gás, plasma e líquida ou em banho de sal.

Nitretação a gás

• A nitretação gasosa é um processo termoquímico de endurecimento de camada usado para aumentar a resistência contra desgaste, a dureza da superfície e a vida útil sob fadiga por meio da dissolução de nitrogênio e de precipitações de nitreto duro.

• Processo clássico, que exige um tempo muito longo, de 48 a 72 horas. A nitretação é levada a efeito na presença de amônia. Um dos inconvenientes do processo, além do tempo e em função de sua própria demora, é o crescimento que o material sofre quando e submetido ao tratamento.

Nitretação a gásFigura processo de nitretação a gás

Nitretação a plasma • Processo que utiliza a tecnologia de descarga incandescente para a

introdução de nitrogênio nascente na superfície do aço. A alta tensão empregada (500-1000V) é utilizada para a formação do plasma no vácuo, pelo fato de excitar o gás e ionizá-lo, resultando no brilho ou incandescência característica. Através deste plasma, íons de nitrogênio são acelerados e bombardeiam a superfície do aço, provocando a absorção do nitrogênio e a sua difusão em direção ao núcleo.

• Nesta técnica, as peças são colocadas no interior de uma câmara comum e utiliza-se elementos de aquecimento (resistências) que elevam a carga às temperaturas de 375ºC a 650ºC antes da descarga incandescente.

Nitretação a plasma• O gás de processamento é geralmente uma

mistura de nitrogênio, hidrogênio e, as vezes, pequenas quantidades de metano. A colocação das peças é feita de modo que fiquem isoladas eletricamente das paredes da câmara.

MISTURA DE GASES TRATAMENTO FINALNitrogênio e Hidrogênio Nitretação

Nitrogênio, Hidrogênio e Metano NitrocarbonetaçãoNitrogênio, Hidrogênio, Metano e Ar Oxinitrocarbonetação

Nitretação a plasmaEmbora não atinja altas temperaturas, a nitretação a plasma possui comodesvantagem: • Custo elevado e inviável para aço doce, • Tempo de tratamento demorado, • Só permite que se trate a(s) peça(s) inteira(s)

e alto risco de empenamento para eixos e chapas.

• Antes de passar pela nitretação a plasma, as peças devem passar pelo processo de têmpera + revenimento, como preparação para nitretação.

• Pode ocorrer a formação de amônia no processo.

Nitretação a plasma

Nitretação líquida ou em banho de sais

• O meio nitretante é a mistura de sais de sódio e potássio, como o NaCN, predominantemente, Na²CO³ e NaCNO ou KCN, em predominancia, K²CO³, KCNO e KCI.

• A faixa de temperatura varia de 500 a 560ºC e o tempo é muito mais curto que na nitretação a gas, raramente são ultrapassado duas horas.

• As camadas nitretadas são geralmente menos espessas que na nitretação a gas.

Nitretação líquida ou em banho de sais

• As propriedades obtidas são semelhantes as obtidas no outro processo aparentemente conseguem-se melhores propriedades a fadiga.

• Pode atingir uma espessura de 0,005 a 0,015 mm, conforme o tempo de operação, que varia de 60 a 180 minutos.

• Pode atingir dureza de até 68 HRc, conforme a constituição do aço.• Esta camada possui elevada resistência ao desgaste e ao

engripamento, além de possuir excelente resistência à corrosão.

• Por ser um tratamento por imersão, pode ser feito na peça inteira ou apenas em furos (dependendo da localização) e pontas.

Nitretação líquida ou em banho de sais

Nitretação líquida ou em banho de sais

Gráfico tempo de operação x espessura da camada

Nitretação líquida ou em banho de sais

Desvantagem do tratamento:• Não é um processo limpo;• O processo apresenta cianetos de sódio e potássio,

exigindo cuidados especiais de manuseio, e descarte destes sais;

• Se não houver cuidado e uso de EPI´s e EPC´s, pode causar sérios danos a saúde do operador.

Carbonitretação

• Tipo especial de cementação que assim como outros processos de tratamento térmico tem como objetivo alterar a propriedade dos aços buscando características para aplicação desejada.

• Geralmente é utilizada em pequenas a médias profundidades de cementação.

• Além de carbono também são difundidas simultaneamente quantidades menores de nitrogênio na camada superficial.

• Melhora a temperabilidade superficial, possibilitando a utilização de aços mais baratos (por exemplo, aços não ligados ou de baixa liga, aços para usinagem fácil e aços para conformação) para uma têmpera.

• Entretanto, no caso dos aços para usinagem fácil e aços para conformação (aços doces), por conta do teor maior de manganês existe o risco da formação de austenita retida, deixando o material muito fragilizado ou com trinca intragrãos.

Carbonitretação

• Normalmente a cabonitretação ocorre em temperaturas entre 800°C e 930°C.

• As profundidades de carbonitretação obtidas geralmente ficam entre 0,06 e 0,60 mm; isto depende da temperatura e do tempo de tratamento: quanto maior a temperatura menor será a absorção do nitrogênio.

• Uma grande desvantagem (devido a alta temperatura que o tratamento atinge) é o (quase) inevitável empenamento do material.

Carbonitretação

Carbonitretação• O processo da carbonitretação não é considerado como processo de

nitretação, mas sim de têmpera.

Modelo de forno para Carbonitretação

Questões de aprendizagem

• Os vários tipos de tratamentos térmicos e termoquímicos fizeram com que a escolha fosse minuciosa quanto as condições do material. O comportamento mecânico do material e suas propriedades químico-físicas foram relevantes a escolha do tratamento.

• Várias hipóteses foram levantadas, desde cromagem até tratamentos como têmpera. Estudos e discussões forma primordiais para que o projeto fosse desenvolvido.

• Houve muito empenho dos integrantes que procuraram, dentro do possível quanto a seus compromissos e dificuldades encontradas na disciplina, fazer o máximo para os pontos exigidos que “projeto” fosse cumprido.

Conclusão

• Juntamente com as pesquisas bibliográficas e discussões em sala de aula, podemos afirmar que a solução mais indicada para resolver o problema de desgaste da chapa e do eixo do dispositivo, reclamação esta oriunda do cliente, é utilizar o tratamento termoquímico nitretação líquida ou por banho de sais, pois além de fornecer um produto final com uma camada menor, mas com uma dureza de 68 HRc, o processo pode ser feito com uma temperatura mais baixa, possibilitando com isso, juntamente com o processo definido para a nitretação, um mínimo de empenamento tanto do eixo como da chapa.

Conclusão

Tratamento térmico / termoquímico - Aço 1040 Temp. Min. °C Temp. Max. °C Camada

Mínima (mm) Dureza (HRc)

Têmpera 850 1100 ____ até 55

Cementação 815 980 0,5 até 45

Nitretação (líquida) 500 560 0,005 até 68

Carbonitretação 800 930 0,06 até 41

Quadro comparativo entre os principais tratamentos térmico / termoquímico