UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS GIOVANA BLAZIZA BORGHI SOLDAGEM DE REPARO DE FERRAMENTA EM AO D6 PARA CONFORMAO A FRIO FLORIANPOLIS, SC 2010 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS GIOVANA BLAZIZA BORGHI SOLDAGEM DE REPARO DE FERRAMENTA EM AO D6 PARA CONFORMAO A FRIO TrabalhodeConclusodeCurso apresentadoaoCursodeGraduaoem EngenhariadeMateriaisdaUniversidade FederaldeSantaCatarinacomorequisito parcialparaobtenodograudebacharel emEngenhariadeMateriais,sob orientaodoProfessorDr.Augusto Buschinellieco-orientaodoProfessor Dr. Carlos Nio Bohorquez FLORIANPOLIS, SC 2010 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS GIOVANA BLAZIZA BORGHI SOLDAGEM DE REPARO DE FERRAMENTA EM AO D6 PARA CONFORMAO A FRIO Este Trabalho de Graduao foi julgado adequado para obteno do ttulo de Engenheiro de MateriaiseaprovadoemsuaformafinalpelacomissoexaminadoraepeloCursode Graduao em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina. Professor Fernando CabralDylton do Vale Pereira filho Coordenador do Curso Professor disciplina Comisso Examinadora __________________________________ Prof. Dr. Ing Augusto Buschinelli. EMC/UFSC Orientador __________________________________ Prof. Dr. Ing Carlos Enrique Nio Bohorquez EMC/UFSC Co-orientador

__________________________________ Prof Dylton do Vale Pereira Filho, M. Sc. EMC/UFSC FLORIANPOLIS, SC 2010 FICHA CATALOGRFICA Ficha Catalogrfica: Borghi, Giovana Blaziza, 1985- Soldagem de Reparo de Ferramenta em Ao D6 Para Conformao a Frio/ Giovana Blaziza Borghi - 2010 47f.il.col. ; 30cm Orientador: Professor Dr. Augusto Buschinelli. Co-orientador: Carlos Nio TrabalhodeConclusodeCurso(graduao)UniversidadeFederaldeSanta Catarina, Curso de Engenharia de Materiais, 2010. 1. Reparo de ao ferramenta. 2. Consideraes para soldagem de ao ferramenta. 3. Metodologia Aplicada ao processo de soldagem. I. Buschinelli, Augusto. II. Universidade Federal de Santa Catarina. Curso de Engenharia de Materiais.

DEDICATRIA minhame,MariaLciaBorghieao meunoivo,BrunoSilvaGuanaes,pelo apoio e companheirismo para que o sonho de ser engenheira se tornasse realidade. AGRADECIMENTOS empresaSchulzS.A.poracreditarnomodelocooperativodocursodeEngenhariade Materiais,daUniversidadeFederaldeSantaCatarina,proporcionandoaoportunidadede realizao de estgios curriculares, contribuindo para a formao do aluno. AoorientadordeestgioPauloCamaradeAlmeidaportodoocompanheirismo,pacincia, ateno,conhecimentoeamizadededicadosaaoSupervisordeProcessosCompressores, Clber Medeiros Rodrigues pela confiana creditada. AosprofessoresDr.BerendSnoijer,Dr.PauloWendhausen,Dr.GermanoRiffeleDr.Pedro Novaespeladedicaoaocursoeaosalunos,poisalmdeministraremaulascontribuem tambm com as visitas durante o perodo de estgio, ajudando tecnicamente com sugestes dos projetos realizados e direcionando o aluno sempre procurar uma melhoria contnua. AoscolegasdeSetordeProcessosCompressoresedosetordaGestodaQualidadepela pacinciaededicaocomquepassaramosconhecimentos,peladisponibilidadeemauxiliar pelaamizadeecarinhoquemededicaram,proporcionandoesseperodoextremamente agradvel. AosprofessoresDr.AugustoBuschinellieaoDr.CarlosNio,pelaorientaoe conhecimentos compartilhados. Professora Dra. Danielle Bond, ao Professor Sandro Jardim e ao Engenheiro Mrcio Antonio Paulo pelos conhecimentos e motivao passados. AosoldadorSirojoneHenriqueOuriquespeladisponibilidadeemcontribuircomaprticade soldagem TIG, pea fundamental para xito deste trabalho. AosetordetratamentotrmicodaDivisoAutomotiva,aoSr.AntonioHeckeaosdemais colaboradores pelo conhecimento passado e auxlio na execuo desse trabalho. Aos colegas de outros setores, tal como Manuteno, Ferramentaria, Laboratrio de Produtos, UsinagemCompressores,LaboratrioMetalrgico,SAC,slinhasdemontagemdos compressoresalternativoserotativoseespecialmenteequipedesoldadoresdosvasosde presso pelos conhecimentos passados e pela prontido em auxiliar-me. samigasdeestgioVanessaRochaePatrciaMonichpelocompanheirismoeamizade dedicados. JulianaMokwa,DanielaTagataePriscilaGonalves,parceiraseamigasdeconvivncia diria, o que tornou esse perodo extremamente agradvel. AomeunoivoBrunoGuanaeseaminhafamliapelocarinho,apoio,pacinciaeamizade dedicados durante esse trajeto. E principalmente a Deus por iluminar o meu caminho sempre. EPGRAFE Quem quiser ser lder deve ser primeiro servidor. Se voc quiser liderar, deve servir.- JESUS CRISTO RESUMO EstetrabalhotratadeumassuntopoucoabordadonoBrasil,oreparodeaoferramentapara conformao a frio, em especfico o ao ferramenta AISI D6. Esse ao o material constituinte dasmatrizesderepuxoefuraodostamposdosvasosdepressodaempresaSchulzS/A.A metodologia utilizada para os testesfoi baseada em conceitos estudados de acordo com normas reguladoras de processos de soldagem, livros especficos, artigos relacionados ao tema, onde um consensoentreessesfundamentospoderiamestabelecerosparmetrosparareparodesseao. Experimentalmente testes foram feitos, onde algumas variveis tiveram que ser levadas em conta para que se atingisse um resultado e de menor custo para aempresa.Finalmente so discutidos os resultados e devido a uma anlise restrita, a melhor condio de reparo foi aplicada em uma matriz de furao dos tampos, cuja est em trabalho de conformao. Palavras-chaves:Reparodeaoferramenta,AoAISID6,conformaoafrio,matrizesde repuxo e furao dos tampos, vasos de presso. ABSTRACT This performed work presents a subject rarely addressed in Brazil, the repair of tool steel for cold forming, in specific AISI D6 tool steel. This steel is the forming dies constituent material ofpressurevesselsofthecompanySchulzS/A.Theproposedmethodologyforthetestswas basedinstudiedconceptsaccordingtoregulatorystandardsforweldingprocesses,specified books,articlesrelatedto,whereaconsensusamongthosereasonswouldsettheparameters forsteelrepair.Experimentaltestsweredone,wheresomevariableshadtobetakeninto account to get the best result and the least cost to the company. Finally results were discussed and due to a restricted analysis, the best repair condition was applied in a cover punching die, whose work is in conformation. Key-words: Tool steel repair, steel AISI D6, cold forming, cover punching die, pressure vessels LISTA DE ILUSTRAES Figura 1 Compressor Alternativo produzido pela Schulz S/A................................................2 Figura 2 Influncia do percentual de carbono na dureza mxima de um ao temperado.......6 Figura 3 Relao Dureza x Temperatura de Revenimento ..................................................10 Figura4DiagramadetransformaonoresfriamentocontnuodoaoK107da Boehler......................................................................................................................................16 Figura 5 Identificao das regies de soldagem...................................................................21 Figura 6 Regio soldada para anlise de dureza do revestimento duro ...............................21 Figura 7 Regio com aumento mostra o canto vivo, onde foi o incio da trinca..................22 Figura 8 Foto do ensaio por lquido penetrante....................................................................23 Figura 9 Presena de rechupes de cratera no final dos cordes de solda ..............................24 Figura 10 Foto do corpo de prova A. ................................................................................27 Figura 11 Ensaio de lquido penetrante no CP B ..............................................................27 Figura 12 Ensaio de LP no CP C.......................................................................................28 Figura 13 Diagrama de transformao de resfriamento contnuo do ao D6.......................28 Figura 14 Matriz de furao dos tampos na condio danificada.........................................30 Figura15EnsaioporLPrealizadonaparteexternadamatrizeparteinterna, respectivamente.........................................................................................................................31 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Classificao dos aos ferramenta de acordo com AISI ...........................................5 Tabela2Temperaturadetratamentotrmicoedurezasdeaosferramentaparatrabalhoa frio ................................................................................................................................................8 Tabela 3 Composio Qumica do AISI / SAE D6...................................................................9 Tabela 4 Descrio dos consumveis utilizados nos testes ....................................................20 Tabela 5 Variao da Corrente................................................................................................22 Tabela 6 Variveis para soldagem dos corpos de prova A, B e C...............................25 Tabela 7 Clculo do custo mdio para reparo da matriz de furao dos tampos....................31 SUMRIO 1OBJETIVOS........................................................................................................................1 1.1. Objetivo Geral...................................................................................................................1 1.2. Objetivos Especficos .......................................................................................................1 2INTRODUO .................................................................................................................2 3FUNDAMENTAO TERICA......................................................................................5 3.1. O AO FERRAMENTA .................................................................................................5 3.1.1. Caractersticas fundamentais dos aos ferramenta................................................5 3.1.2. Ao Ferramenta para trabalho a Frio.....................................................................6 3.1.3. O Ao Ferramenta AISI / SAE D6 (DIN 1.2438 ou VC131)................................9 3.2. CONSIDERAES GERAIS PARA SOLDAGEM DO AO FERRAMENTA ........11 3.2.1. Efeitos produzidos durante a soldagem...............................................................12 3.2.2. Operao de soldagem do ao ferramenta...........................................................14 3.3. TCNICAS DE REPARO DE AO FERRAMENTA..................................................15 3.3.1.Mtodo da dupla camada......................................................................................17 3.3.2.Soldagem acima da temperatura MS....................................................................18 3.3.3.Preparao da junta.............................................................................................19 4.MTODOAPLICADOAOPROCESSODEREPARODOSAOS FERRAMENTA........................................................................................................................19 . 4.1. Pr-teste de soldagem....................................................................................................20 4.2. Mtodo de soldagem acima de MS...............................................................................25 4.3. Aplicao do mtodo utilizado no CP B....................................................................30 5. CONCLUSO......................................................................................................................32 6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS..................................................................................33 1 1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GERAL Oobjetivodopresentetrabalhoestudarascondiesideaisparareparodematrizesemao ferramentautilizadoparaconformaoafriodostamposdosreservatriosdoscompressores fabricados pela empresa Schulz S.A. 1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS i.Identificar qual condio menos crtica para retrabalho desse ao ferramenta.ii.Verificarsepossveloaproveitamentoeretrabalhodematrizesdeao ferramenta,vistoqueseaprovadooreparo,haverreduosignificativano custo dos compressores.iii.Qualificao e elaborao de procedimento de recuperao desse ao ferramenta AISI / SAE D6. 2 2. INTRODUO A empresa Schulz S/A diviso compressores fabrica alguns dos componentes para a fabricao doscompressoresdeardaempresaSchulzS/A.Essescomponentesexigemaltorigorde qualidade e envolvem muitas variveis no processo de fabricao e montagem,e, por motivos degarantiadaqualidadeeseguranadoproduto,sofabricadosinternamente,oquereduz consideravelmente o custo do produto final. Um desses subprodutos so os reservatrios de ar comprimido,ouseja,osvasosdepressoparaarmazenamentodoarquecomprimidopela unidade compressora. A figura 1 ilustra um compressor de ar. Figura 1: Compressor alternativo produzido pela Schulz S/A. O nmero 1 indica a unidade compressora e o nmero 2 indica o vaso de presso, reservatrio de ar comprimido. [1] A unidade compressora fica na parte superior do reservatrio, indicado pelo nmero 1 na figura 1. Por meio de uma serpentina de cobre, o gs transportado para o vaso de presso, indicado pelo nmero 2. Noprocessodefabricaodosvasosdepressosorequeridasnormasqueregularizamo mesmo,paraqueonveldeseguranadoprodutofinalsejaelevado,evitandoprejuzos posteriores. Na empresa, este processo segue alguns passos como corte da chapano tamanho especificadoporumdocumentodenominadodeplanodecorte,conformaodoscilindrose tampos, depois unio deles por soldagem. Ostampossofremumprocessoderepuxoparaserobtidooformatofinal.Essaoperao envolveumamatrizcomformatoetamanhospr-definidosparacadatipodereservatrio.O 3 processo de repuxo um processo de conformao que realizado a frio e, portanto, a matriz fabricada em ao ferramenta para trabalho a frio. Na Schulz, o ao escolhido para a matriz o AISID6,denominadodeVC131pelofabricanteVillares,aoequivalenteaoCrW12conforme DIN X210. Esse ao considerado indeformvel, porm durante o ciclo de vida da ferramenta,porfatoresadversoscomoalteraodaforadetrabalhoe/ouutilizaoincorreta da ferramenta pode vir a fraturar ou desgastar prematuramente em regies indesejadas. Essedesgasteprematurodaferramentapodesurgirporvriosmotivosocasionadospelo fornecedordaferramentaoupelautilizaoincorretapelaempresa,comoporexemplo, tratamento trmico inadequado, alterando a dureza e resistncia ao desgaste ou ainda polimento da matriz inadequado, obtendo-se assim uma rugosidade fora do especificado. Situaes como utilizaoinadequadapodemserdotipomanutenoperidicanorealizada,polimentoda matrizmalexecutado,ouaindaooperadordaferramentanoutilizaroleolubrificante corretamente,oquepodeatgerarsoldagemporatritoentreamatrizeodiscoaser conformado. Situaes piores podem ocorrer, ou seja, caso seja esquecido alguma pea dentro damatriz,comoumachavedefendaoualgoparecidoquenomomentodaestampagem danifica a ferramenta. A fratura de regio de trabalho o motivo de estudo do presente trabalho, visto que na empresa Schulz S/A existe um considervel refugo de matrizes utilizadas para repuxo dos tampos, bem comoasdestinadasfuraodosmesmos.Essasmatrizesencontram-seemdiferentes situaes, desde desgaste natural da ferramenta, devido ao uso da mesma, at situaes em que a fratura apresentada na ferramenta torna invivel o retrabalho. Essasmatrizesvariamdetamanhosevalores,ondepodemcustardesdeR$300,00at R$70.000,00.Arecuperaodessasmatrizesporsoldagempodereduzirmuitoocustode fabricao do produto, pois o desgaste dessas ferramentas est includo indiretamente no custo de produo. Outro detalhe a ser levado em conta que este reaproveitamento gera benefcios ao meio ambiente, pois reduz a quantidade de matrizes adquiridas, consumindo menos matria-prima, reduzindo a quantidade de minrios retirados do solo. Este mtodo de recuperao envolve muitas variveis a serem levadas em conta, pois pelo ao da matriz ser um tipo especfico de ao ferramenta, destinado a trabalho a frio, o mesmo sofre um ciclo de tratamento trmico para ter as propriedades que sejam adequadas s condies de 4 trabalho.Osaosdasmatrizesapresentam-senoestadotemperadoerevenido,oqueelevao graudedificuldadeparaoretrabalho,aumentandooscuidadosaseremtomadosparatentar minimizar os defeitos. Este estudo de reparo de matrizes est em fase de estudo e desenvolvimento e ter continuidade dentro da empresa. 5 3. FUNDAMENTAO TERICA 3.1. O AO FERRAMENTA Osaosferramentarepresentamumimportantesegmentodaproduosiderrgicadeaos especiais.Estesaossoproduzidoseprocessadosparaatingirumelevadopadrode qualidadeesoutilizadosprincipalmenteem:matrizes,moldes,ferramentasdecorte intermitenteecontnuo,ferramentasdeconformaodechapas,corteafrio,componentesde mquina,etc.Apesardeexistiremmaisde100tiposdeaosferramentanormalizados internacionalmente, procurando atingir as mais diversas aplicaes e solicitaes, a indstria de ferramentariatrabalhacomumagamareduzidadeaosquepossuemsuaspropriedadese desempenho consagrados ao longo do tempo. Os aos ferramenta so classificados de acordo com suas caractersticas metalrgicas principais oudeacordocomseunichodeaplicao.Aclassificaoda"AmericanIronandSteel Institute",AISI,amaisutilizadapelaindstriadeferramentaetemsemostradotilparaa seleo de aos ferramenta. A classificao de acordo com a AISI informada de acordo com tabela 1. [2] Ao ferramenta temperveis em guaW Ao ferramenta resistentes ao choqueS Ao ferramenta para trabalho a frio temperveis em leoO Ao ferramenta para trabalho a frioD Ao ferramenta para trabalho a quenteH Ao ferramenta para MoldesP Ao rpido ao molibdnioM Tabela 1: Classificao de aos ferramenta de acordo com AISI. [2] 3.1.1. Caractersticas Fundamentais dos Aos Ferramentas Osaosferramentasapresentamalgumascaractersticasquesofundamentaisparasuas posterioresaplicaes,taiscomodurezatemperaturaambiente,resistnciaaodesgaste, temperabilidade, tenacidade, resistncia mecnica, dureza a quente, usinabilidade. 6 Aosferramentageralmentecontmpelomenos0,6%Cparaproporcionaracapacidadede endurecimento da martensita de pelo menos 60 HRC, conforme figura 2.. Carbono em excesso na composioeutetide estar presente nosaos como carbetos, no dissolvidos naestrutura martenstica. Os carbetos duros aumentam a resistncia abraso destes aos. Alguns tiposde aos ferramentas contem menos carbono para proporcionar tenacidade e resistncia ao choque. [3] Figura 2: Influencia do percentual de carbono na dureza mxima de um ao temperado [3] 3.1.2. Ao ferramenta para trabalho a frio. As matrizes de repuxo e matrizes de furao dos tampos dos reservatrios so ferramentas para trabalho a frio. Os aos dessa famlia so aqueles que contm elevada quantidade de carbono e cromocomoelementodeliga,sendotambmconhecidoscomoaoledeburticos.Dentro destes aos, os mais populares so o D2 e D6.Estesaossocaracterizadosporumaelevadatemperabilidadeeporatingiremumaelevada dureza aps o beneficiamento, na faixa de 58 a 62 HRC. Devidograndequantidadedeelementosdeligapresentesnesteao,estepossuigrande temperabilidade,vistoqueaadiodeelementosdeligafazdeslocarascurvasTTTparaa direita,aumentandoassimotempodeincubaodaaustenitaeretardandoosprocessosde transformao.Comefeito,devidoaoelevadoteordeCreCestesaostemperamatao ncleo,poisapresentambaixavelocidadecrticadearrefecimento,oquepermiteatuma tmperaaoar.Porissoestestiposdeaosoconhecidosporauto-temperantes.Comoa tmpera ao ar permitida, este ao pode ser utilizado no fabrico de ferramentas com contornos delicados e com diferenas de seco apreciveis. [4] 7 Tambm so chamados de indeformveis, porque so os menos sujeitos a alterao de forma e dimenses durante o tratamento trmico devido ao fato de serem temperados em leo ou ar, o quefavoreceessaindeformabilidade.Poressemotivosoindicadosparaaplicaesque exigemcuidadosocontroledimensional,comomatrizesparatrabalhoafrio(forjamento, estampagem,corte,compactaodepsmetlicos,etc.)eferramentascomobrocas, alargadores e peas como punes, calibres, etc. [4] Existem quatro grupos principais de aos ferramentas que so: os temperveis em leo, ao ar, ao de alto cromo e alto carbono e os aos resistentes ao desgaste. [4] Ostemperveisemleoapresentamprofundidadedeendurecimentomdia.Asuadurezaa quente baixa, de modo que no se recomenda seu uso em trabalho a quente.Desse modo, o aomaisempregadootipo410,porquesuascondiesdetratamentotrmicosomuito favorveiseporqueapresentarazovelendurecibilidadeparaaplicaoemferramentasde dimensesnomuitograndes.Notemtendnciadeapresentarcrescimentodegroem eventualsuperaquecimento.Algunsexemplostpicosdeaplicaesdeaospertencentes classetemperveisemleoso:machosdetarraxa,alargadores,brochas,fresashelicoidais, brocas,serrascirculares,matrizesderecorte,calibres,punes,ferramentasdebrunimento, ferramentaspararecartilhar,pequenaslaminasdetesoura,matrizesparacunhagem,matrizes de rebarba a frio, moldes para plsticos, matrizes de estiramento, etc. [4] Ogrupodeaosparatrabalhoafriotemperveisaoar(tipo420a429)apresentagrande profundidadedeendurecimento.Porisso,oempenamentomnimonaoperaodetempera, demodoqueosaospertencentesaessegruposorecomendadosparamatrizesdeforma complexaquedevemmanteromaispossvelsuasdimensesoriginaisapsatmpera.A resistnciaaodesgastemuitoelevadaeacombinaodessacaractersticacomtenacidade igualmente elevada os torna recomendados na fabricao de punes, matrizes de estiramento, matrizes de recorte, matrizes de estampagem e alguns tipos de lmina de tesoura. [4] Astemperaturasdetemperadosaosresfriadoaoarsomaioresquenocasodetemperveis emleo.Essesaossomaissuscetveisdescarbonetaoqueostemperveisemleo, sobretudo quando a temperatura de tempera muito elevada. [4] 8 Ogrupodealtocarbonoealtocromo(tipos430a436)apresentagrandeprofundidadede endurecimento, o que permite sua tempera em leo ou, na maioria dos tipos, ao ar. A presena denumerososcarbonetosdurosdecromo,associadaacaractersticasnotveisde indeformabilidadetornamessesaosmuitoteisparaafabricaodematrizes.Oaltocromo presente torna esses aos mais resistentes corroso que os aos simplesmente ao carbono ou com baixo teor de elementos de liga. [4] Ogrupodeaosferramentasparatrabalhoafrioresistentesaodesgaste(tipos440a449) apresenta uma resistncia muito pronunciada devido aos altos teores de carbono e vandio que apresentam. O carboneto de vandio extremamente duro e difcil de dissolver-se na austenita. Dessemodo,osaosdessaclassesoempregadosquandoascondiesdeserviosode abrasointensaouquandosevisaumaproduoemgrandesrie.Entreasaplicaesmais importantespodemsercitadasmatrizesdeestampagemprofunda,matrizesdeextrusode peas cermicas, revestimento de equipamento de areia. [4] Atabela2mostraumcomparativodasclassesdeaoferramentaparatrabalhoafrioonde correlacionacadaclassecomsuarespectivadurezadeacordocomcadatemperaturade tratamento trmico. TipoAISI Dureza superficial no estado temperado HRC Temperatura de tratamento trmico (C) Recozimento (C) Tmpera (C) Meio de resfriamento Revenido (c) 410O161 a 64 760 / 788788 / 815leo149 / 260 420A263 a 35 843 / 871927 / 982ar177 / 538 433D664 a 66 871 / 899927 / 954leo204 / 538 440A764 a 66 871 / 899927 / 982ar149 / 538 Tabela 2: Temperaturas de tratamento trmico e durezas de aos ferramenta para trabalho a frio. [4] 9 3.1.3. O Ao Ferramenta AISI / SAE D6 (DIN 1.2438 ou VC131) O ao ferramenta AISI / SAE D6 (DIN 1.2438 ou ainda Villares VC131) um ao ligado com teorde2,1%deCe12%deCr.Esteaoindicadoparatrabalhoafriocomaltograude indeformabilidade. Apresenta alta temperabilidade, alta resistncia mecnica e boa tenacidade. As adies de tungstnio e vandio conferem a este ao uma alta resistncia ao desgaste e boa reteno de corte. OD6podeserdesignadodeledeburtico,ouseja,aosquepossuemumamelhor homogeneidade microestrutural, menor tamanho e distribuio de partculas de segunda fase e sofabricadoscommelhoriasnosprocessosderefino.Apresentamtenacidadesuperioraos aos tradicionais, resistncia ao desgaste, dureza em torno de 62 HRC e menor distoro aps tratamento trmico. [5] A composio qumica mdia segue conforme informado na tabela 3. %C%Si%Mn%Cr%Mo%W%V (Max) 2,10,40,812,5-0,71,0 Tabela 3: Composio qumica do AISI / SAE D6 [6] De acordo com informaes passadapelofabricanteBohler[6],esteaodeveser temperadotemperaturaentre950e970C,resfriadocomagitaoemleoapropriado,e aquecido entre 40 e 70 C, ou ainda em banho de sal fundido, mantido entre 500 e 550 C ou ainda ao ar calmo. Podesertemperadoemfornoavcuodesdequeutilizadaselevadaspressesderesfriamento (acima de 5 bar). Neste caso, a penetrao de tmpera est atrelada a uma correta montagem da carga e a valores limites de sees transversais. [6] Asferramentasdevemserrevenidasimediatamenteapsatmpera,tologoatinjam60C. Fazer,nomnimo,2revenimentoseentrecadaumaspeasdevemresfriarlentamenteata temperaturaambiente.Astemperaturasderevenimentodevemserescolhidas,conformea durezadesejadaconformefigura3.Otempodecadarevenimentodeveser,denomnimo,2 horas.Parapeasmaioresque70mm,deve-secalcularotempoemfunodesuadimenso. 10 Considerar 1 hora para cada 25,4mm (1 polegada) de espessura. A temperatura de revenimento resultar em durezas diferentes, ou seja, quanto menor for a temperatura de revenimento, maior ser a dureza, conforme descrito na figura 3. Figura 3: Relao Dureza x Temperatura de Revenimento. [7] O revenimento elimina a maioria dos inconvenientes produzidos pela tmpera, alm de aliviar ouremovertensesinternas,corrigeasexcessivasdurezaefragilidadedomaterial, aumentandosuaductilidadeeresistnciaaochoque.Oaquecimentodamartensitapermitea reversodoreticuladoinstvelaoreticuladoestvelcbicocentrado,produzreajustamentos interno que aliviam as tenses e alm disso, uma precipitao de partculas de carbonetos que crescem e se aglomeram, de acordo com a temperatura e tempo. [4] Os aos ferramenta com elevada dureza e estrutura martenstica apresentam uma soldabilidade bem peculiar, sendo que alguns cuidados devem ser levados em conta para se evitar problemas como trinca a frio, trinca a quente, estresse trmico ou ainda endurecimento mediante choque trmico. No caso do presente estudo, como ser realizada uma soldagem utilizando o processo de amanteigamento com inox austentico, tem-se ainda que cuidar com parmetros para evitar problemas como precipitao de carbonetos de cromo e a presena de ferrita e fase sigma. OaltopercentualdecarbonopresentenoD6(emtornode2%)podegeraramigraode carbono da ZAC para o metal de solda, o que produziria uma regio descarbonizada, de menor resistncia mecnica eresistncia abraso. Assim o processode amanteigamento com o ao inox austentico evita que, durante a soldagem, ocorra essa descarbonetao e ainda absorva as tenses de contrao gerada pelo resfriamento do revestimento duro. [8] 11 3.2. CONSIDERAES GERAIS PARA SOLDAGEM DO AO FERRAMENTA Oreparodosaosferramentaatravsdeprocessodesoldagemenvolvemuitasvariveis,tal como o processoa ser utilizado, tipo de eletrodoconsumvel ou no consumvel, temperatura desoldagem,temperaturadepreps-aquecimento,etc.Oestadodefadigadomaterialtem que ser levado em conta, pois uma matriz que passou por muitas horas de trabalho encontra-se noestadotensionado,algumasvezesatmaisdoquenacondiotemperada.Assimopr-aquecimento para soldagem pode levar fratura da matriz. PararetrabalhodeaosferramentasoprocessoTIG(GTAW)utilizadocommaior freqncia,porquepermiteadeposiodepequenascordesdesoldasemrespingos,detal formaaobtermoldeseferramentasdegeometriascomplexas.Processoseprocedimentos especiaisdesoldagemsousadosquandohapresenadepequenastolernciaseenvolvem ferramentas de alto custo [9] Aqualidaderequeridadasoldanoestsomenterelacionadacomaspropriedadesmecnicas adequadas, mas tambm com a solda e o comportamento da zona afetada pelo calor (ZAC). Para soldagem de um ao ferramenta alguns cuidados devem ser levados em conta, como: -amaioriadosaosferramentasdevemserreparadosnacondiotemperadoe revenido, pois se encontram nesta condio para conformao a frio; - devem ser pr-aquecidos antes da soldagem; - se o metal base estiver temperado, mas no revenido, revenir antes de soldar; - o pr-aquecimento de aos temperados no deve exceder a temperatura de revenido. Arazobsicaparaasoldagemdeaoferramentaserrealizadaemtemperaturaselevadas deriva da alta temperabilidade e da sensibilidade a trinca em soldas de ao ferramenta. Quando se solda um ao temperatura ambiente, causa um rpido resfriamento do metal de solda e da zona termicamente afetada entre passes, resultando transformaes da estrutura para martensita frgil, elevando o risco de trincas. Trincas formadas na soldas podem propagar para o interior daferramenta,levandoruptura.Assim,oaoferramentadeve,duranteasoldagem,ser mantido de 50 a 100 C abaixo da MS (temperatura de formao da martensita) para o ao em questo. [10] 12 Umaconsideraoaserfeitaquandosetrataderetrabalhodeaoferramenta,justamente quandoapeaemquestobastantesolicitada,quenosedevesoldarometalduro diretamentenoaoferramenta,ouseja,deve-sefazerumamanteigamentodestesmateriais. [11] O objetivo desta operao para que toda a tenso do material de base e do material de adio (revestimentoduro)serabsorvidaesuportadapelomaterialdoamanteigamento,materialo qual desenvolvido e especificado para almofada de revestimento duro devido a sua altssima resistncia trao e escoamento. Um material indicado para esse tipo de solicitao o AWS ER312,umaoinoxaustentico.Aseguiralgunscuidadosaseremrelevadosparatentar minimizar os efeitos produzidos pelo calor. [11] 3.2.1. Efeitos produzidos durante a soldagem Oscuidadosnecessriossoldagemdeumaoferramentadevemserrespeitados.Caso contrrio, alguns efeitos indesejveis podem ocorrer danificando a solda e conseqentemente o trabalhodesenvolvido.Descreve-seaseguiralgumasconseqnciasdeumasoldagemno controlada. 3.2.1.1. Endurecimento mediante choque trmicoOresfriamentorpidodazonadealtatemperaturadometalbaseprximoasoldaendurecea zonaporchoquetrmico.Adurezadazonatermicamenteafetadadependeprimeiramentedo percentualdecarbonocontidonoao.Outroselementospodemaumentaradurezadessa regio, mas o primeiro efeito destes elementos prevenir a transformao da austenita em alta temperatura e ento promover a dureza da pea at o ncleo. [3] Estaumaexplicaoparaatrincaquesurgeembaixodocordodesoldaestardiretamente ligadadureza,porqueestatrincasempreencontradanessaszonasdealtadureza.Istotem mostradoqueoutrosfatoresalmdedurezapodemprovocaratrincaembaixodocordode solda. Quando estiver livre de trincas, o principal resultado da ZAC endurecida que aumenta a dificuldade durante o processo deusinagem. Sendo assim, a maioria dos aos soldados so, emgeral,tratadostermicamente,recebendoumaliviodetensesapsoprocedimentode soldagem. Isto diminui a dureza da zona termicamente afetada. [3] 13 3.2.1.2. Gradiente Trmico O rpido aquecimento e resfriamento da solda podem produzir alto estresse trmico. Algumas vezesesseestressenocausadanosaoaoepodesereliminadoatravsdeumtratamento trmico aps a soldagem. Mas esse estresse s vezes alto ao ponto de causar trincas a quente ou distores permanentes, ou podem ainda propagar trincas a frio. [3] 3.2.1.3. Trinca a quente (micro trincas) Trincas a quente ocorrem enquanto o metal base afetado pelo calor ou a solidificao do metal desoldaestaindaemaltatemperaturatalquenopodesuportar,aindaquerelativamente baixa, tenses internas. Trincas a quente so mais fceis de ocorrer no metal de solda do que no metal base, razo pela qual a temperatura do metal de solda maior do que o metal base. [3] 3.2.1.4. Trinca a Frio A trinca a frio um modo de fissurao que acontece prximo temperatura ambiente, sendo maiscomumenteobservadanaZAC(zonaafetadapelocalor).Ohidrogniointroduzidona poa de fuso atravs da umidade ou do hidrognio contidos nos compostos dos fluxos ou nas superfciesdosaramesoudometaldebase,resultandoemquequandoapoadefusoeo cordo de solda j estiverem solidificados, tornam-se um reservatrio de hidrognio dissolvido. [12]AsoluoslidadeFe-C(principalmente)comhidrogniodissolvido,caracterizadapela estrutura austentica, ferro (gama), tem reticulado cbico de face centrada (CFC), reticulado quepodemanterohidrognioemsoluo.Duranteasolidificao,ocorremtransformaes alotrpicas correspondente a um desprendimento de calor latente de fuso, e a solubilidade do hidrognionoferrogamadiminuda,atqueoreticuladoCFCtendaaoestadodemenor energia,transformando-seemcbicodecorpocentrado(CCC).Essereticuladotendea expulsar o tomo de hidrognio para fora da clula unitria e caso esse resfriamento seja muito rpido,nohtempodeohidrognioserexpulsoparaforadometalfundido,ficando aprisionado naquela regio. Numapoadefusodeaoohidrogniosedifundedocordodesoldaparaasregies adjacentes da ZAC, que foram suficientemente aquecidas para formaraustenita. O hidrognio 14 retidonessaregioadjacenteaocordodesoldapodecausarafissurao,gerandoatrincaa frio.Se o metal base for devidamente aquecido e homogeneizado temperatura adequada, as trincas a frio podem ser evitadas.3.2.2. Operao de soldagem do ao ferramenta. Os efeitos citados no item 3.2.1 podem ser minimizados e controlados se alguns procedimentos forem devidamente selecionados e seguidos de acordo com cada tipo de ao ferramenta. Segue abaixoumadescriodeparmetrosquedevemsercontroladoseacompanhadosparaqueo resultado final seja uma solda com as propriedades desejadas. 3.2.2.1. Pr-aquecimento Omelhorjeitodeminimizarpossveisproblemasdetrincaafrioedeformaopermanente aquecerapeaataxasmuitolentas,eresfriarembaixastaxastambmaregiosoldadaea ZAC.Istofeitoselecionandocuidadosamenteatemperaturadepr-aquecimento, temperaturas de interpasses e temperaturas de tratamento trmico ps-soldagem.Doistiposdepr-aquecimentosousados,ogeneralizado,ouseja,apeacolocadaemum fornoouaquecidacomoauxliodeummaarico,ouopr-aquecimentolocalizado,onde somente uma seo em torno da solda aquecida.Emcasosespeciais,estritamentecontrolados,osciclos(rampasdeaquecimentoe resfriamento)eastemperaturassocontroladaspormantasaquecidaseletricamenteepor termopares. Outrofatorimportanteparaaseleodatemperaturaotamanhododefeitoemrelao espessura do ao. Uma pequena solda resfria mais rapidamente do que uma de maior tamanho. Assim,asoldaporpontosemumaosensveltrincaafriopodeterumprocedimento perigoso.Quandosepraqueceumaoferramentaendurecido,atemperaturanodeveexcedera temperatura de revenido usada anteriormente. Aquecendo temperaturas maiores que estas ir sobrerevenireamaciaraferramenta.Atemperaturadepr-aquecimentodeveseramais baixa da faixa recomendada para o revenimento. [13] 15 3.2.2.2.Temperatura de interpasse Atemperaturadeinterpasse-temperaturaentreospassesdesolda-deveserconsideradaao longodopr-aquecimento.Paramanterascondiesprescritasedesenvolvidasparaopr-aquecimento,atemperaturadeinterpassenuncadeveserabaixoatemperaturadepr-aquecimento. A temperatura de interpasse pode seguramente exceder a de pr-aquecimento na faixa de 30 a 90 C, dependendo o ao. [13] 3.2.2.3. Martelamento Distoresalgumasvezessominimizadaspormartelamentodasolda.Ummartelamento pesadoapscadapassereduzasdistorespordeformaodometalsoldado,este contrabalanceandoacontraonaturaldometal.Entretanto,omartelamentodeveser cuidadosamente controlado, porque um martelamento muito forte pode causar trinca no metal. Opercentualpermissveldestemartelamentodependedamassadaferramenta,ondealtos martelamentossofavorveisapeasdealtamassa.Omartelamentosempredeveserfeito enquanto o metal est quente. [13] 3.2.2.4.Ps-aquecimento A maioria dos aos podem ser resfriados temperatura ambiente em ar calmo aps a soldagem, masosaosdealtaliga,cujossomaissusceptveisatrincas,devemserresfriados gradualmente,desdeatemperaturadesoldagemparaassegurarqueoresultadosejaobtidocom xito.[13] 3.3. TCNICAS DE REPARO DO AO FERRAMENTA Astcnicasdereparodeumaoferramenta,noestadotemperadoerevenido,comonocaso das matrizes para repuxo e furao dos tampos, envolvem alguns cuidados a serem tomados de acordocomcadaprocessoderetrabalho.AosoldarsobreoaoD6temperadoerevenido, ocorrenaZAC(zonaafetadapelocalor),prximalinhadefuso,umanovatmperado material. A martensita formada, com alto teor de carbono extremamente frgil e, portanto, h grandesusceptibilidadeaodesenvolvimentodetrincasafrio(induzidaspelohidrognio).Por isso no recomendado, neste caso, o uso de material de adio similar ao metal de base. 16 Emvezdisso,comomaterialdeadioseriamaisrecomendadousarummaterialaustentico (aoinoxouligasdenquel),quefuncionecomoumsumidouro/armadilha(emespanhol trampa) para o hidrognio, de modo a evitar sua difuso para dentro da ZAC frgil. ComooaodaferramentatemaltoteordeC(emtornode2%),amigraodecarbonoda ZAC para o metal de solda produziria na ZAC grosseira uma regio descarburizada, de menor resistncia mecnica e resistncia abraso. Dois mtodos de soldagem so sugeridos, o mtodo de soldagem por dupla camada e o mtodo de soldagem com o pr-aquecimento acima de MS (temperatura de formao da martensita). A MS do ao D6 prximo 200 C, conforme descrito na figura 4. Figura 4 - Diagrama de transformao no resfriamento continuo do ao K107 da Boehler.[6] A martensita uma microestrutura que provm de um rpido resfriamento da austenita (CFC) ondeoresfriamentotorpidoquenohtempodeocorreratransformaodifusional austenitaemferrita(CCC)ecementita,ocorrendoocisalhamentodosplanoscristalinosque formaumaestruturatetragonalcomaltosnveisdetensesinternas.Osvaloresdedureza dependem diretamente do teor de carbono que se apresentava dissolvido na austenita antes da transformao,istoporqueocarbonootomointersticialquepermaneceaprisionadono meiodaredecristalina,aumentandootensionamentodaredequantomaistomosestiverem presentes. [14] 17 Paraaplicaodeaosferramenta,aestruturamartensticanormalmenterevenida,ondea estrutura martenstica elevada altas temperaturas para que o carbono possa precipitar e sair daredecristalina,diminuindootensionamentointernodomaterial.Quantomaisaltaa temperaturaderevenimento,menorseradurezafinal,poismaiscarbonosteroprecipitado. [14] Devidoestruturamartensticaesteaoescoaemelevadastensesporapresentararelao LE/LR (tenso limite de escoamento / tenso limite de resistncia) superior a 0,9. Isto significa que antes de escoar o material atinge tenses muito altas (ainda no regime elstico). O nvel de tenses residuais do material da ordem do limite de escoamento do material, e no caso do ao D6,olimitedeescoamentomuitoprximodolimitederesistncia,issosignificaque qualquertensionamentoexternoaplicadorapidamenteelevaonveldetensesatuanteacima do limite de resistncia e o material trinca. Por isso o ao de estrutura martenstica deve sofrer alvio de tenses aps a soldagem. [14] Sero considerados dois mtodos para a soldagem. Um mtodo ser a dupla camada, onde ser feito um amanteigamento com o arame de ao inox AWS ER 312 e em seguida ser depositado orevestimentoduro.OoutromtodosersoldaracimadatemperaturaMS,comomesmo amanteigamento e o mesmo revestimento duro [15] 3.3.1.Mtodo da dupla camada. A tcnica da dupla camada foi inicialmente desenvolvida nos anos1960 para evitar as trincas de reaquecimento na ZAC que ocorriam aps a execuo de tratamento trmico ps soldagem (TTPS).Estatcnicautilizaummtodocontroladodedeposio,demodoqueasegunda camada promova o refino e a reduo de dureza da ZAC gerada pela primeira camada de solda. A sua eficcia depende da correta relao de energiasentre os vrios passes de solda e,ainda mais,dascondiesdesoldagemdeterminadasparaosmateriaisdebaseedeadio especficos. [15] Osparmetrosmaisimportantesparaconseguirorefinoerevenidosoaalturamdiado reforo da primeira camada, a profundidade da regio de gros grosseiros da primeira camada, e a penetrao das isotermas da segunda camada de solda. Esses valores e sua relao com as 18 condiesdesoldagemsoestimadosapartirdemedidasrealizadasemdepsitossimples representativos de cada camada. [15] Pararealizaroprocessodesoldagemporduplacamadaalgunscuidadostmqueserlevados em conta como depositar a primeira camada com a menor energia de soldagem, suficiente para fundirometalbasecomoobjetivodegerarumaZACmaisestreitae,aomesmotempo, permitir uma maior sobreposio entre os cordes de cada camada e maior sobreposio entre as camadas. Assim, deve ser usada uma corrente apenas suficiente para fundir o metal de base epermitiradeposiodematerialdavareta.Assim,sucessivamente,deve-seaumentara amperagem para produzir o revenido do passe anterior. A energia de soldagem proporcional corrente e inversamente proporcional velocidade de soldagem.Portanto,vantajosofazerasoldagemcomvelocidaderelativamentegrande, emboraisto,poroutrolado,possapromoveraformaodetrincasdesolidificaonometal depositado com liga de nquel. Para que o calor das vrias camadas depositadas possa promover o revenido da ZAC produzida pelaprimeiracamadanecessrioqueaZACatinjaumatemperaturainferioraMS (temperatura de formao da martensita) em pelo menos 100 C. Para o ao D6, a temperatura MS aproximadamente de 200 C. Portanto, a temperatura de interpasse (i.e., a temperatura da pea na regio a soldar antes de iniciar a deposio de um novo cordo) deveria ser inferiora 100 C. No entanto trincas a frio podem surgir a temperaturas menores que 200 C. [14] 3.3.2. Soldagem acima da temperatura MS Pelosmotivosexpostos noitem3.3.1,outraalternativaqueparecemenoscrticarealizara soldagemcomapeaaumatemperaturaacimadeMS.Portanto,atemperaturadepr-aquecimentoutilizadadeveserprximadaMS,ouseja,pr-aquecimentode220Cea temperatura interpasse de 260 C. O amantegamento deve ser feito com uma camada de liga ER 312, com baixa energia e baixa corrente de soldagem (para diminuir a diluio do metal de base no metal de solda) e a segunda camada e assim por diante dever ser depositada uma liga de revestimento duro (similar DIN 1.4718). [14] 19 Aps terminar a soldagem a pea deve ser deixada em resfriamento, de preferncia usando uma manta isolante ou colocando-a em areia, para que o resfriamento seja lento e, com isso, sejam menoresosgradientestrmicoseastensesgeradaspelosmesmos.Ataxaderesfriamento deve estar entre 20 e 40 C/h. [14] O revenido deve ser feito logo aps a soldagem, quando a pea atinja uma temperatura entre 50 e 70 C. A temperatura de revenido deve ser de 10 a 20 C menor que a temperatura usada no revenimentonoprocessodefabricaodaferramenta.Operododemanutenoda temperatura de revenido deve ser de 2 h. [14] 3.3.3.Preparao da junta Quantopreparaodaranhuraondevaiserdepositadoomaterialdepreenchimentobuilt-up no deve apresentar cantos vivos. Portanto, recomendado um chanfro com inclinao de, p.ex., 45, ou, melhor ainda, um chanfro em semi-U. Com esta ltima alternativa aumentaria a rea de ligao entre a ZAC e a temperatura deMS e, com isso, diminuiriam as tenses a que estaria submetida a ZAC como resultado da operao da ferramenta. [14] 4. MTODO APLICADO PARA O PROCESSO DE REPARO DOS AOS FERRAMENTA. OreparodoaoferramentaD6aindaumtantodesconhecido,ouseja,quemconhecea tcnicaamantmsobsigiloporserumprocessotrabalhosoedealtocusto.Sendoassim, durante esse trabalho foram feitos alguns testes para tentar parametrizar condies que fossem adequadas para obteno de resultados. Atravsdeleiturasdenormaselivrosedeconversascomfornecedoresdematrias-primas, chegou-seconclusoqueseriaindicadofazeralgunstestesparatentarparametrizaro processo. O primeiro teste foi identificar qual seria a menor corrente aplicada ao processo, que fosse suficiente para fundir o metal base e que gerasse a menor ZAC possvel. Posteriormente alguns mtodos de soldagem, variando temperatura de pr-aquecimento e posterior tratamento trmico foram testados e analisados seus resultados. 20 A tabela 4 mostra algumas informaes pertinentes aos consumveis escolhidos. Consumvel (AWS)Aplicao Bitola (mm) Composio qumica AWS ER312Amanteigamento1,6 %C%Si%Mn%Cr%S%Mo%Ni 0,10,41,8300,010,19,3 M / WSG 6 GZ 60 ST (DIN 1.4718) Revestimento duro 1,60,52,80,469,50,010,020,6 Tabela 4: Descrio dos consumveis utilizados nos testes 4.1. Pr-teste de soldagem Esse pr-teste foi realizado com o intuito de estabelecer alguns parmetros para posteriormente seremaplicadossoldagemdasmatrizes.Esseensaiosubmeteuumcorpodeprova(CP)de mesmomaterial,AISI/SAED6,aumpr-aquecimentode80C+/-20C,temperatura estabelecida pelo mtodo de soldagem por dupla camada, que sugere soldagem 100 C abaixo da MS [14]. Com o CP devidamente aquecido, alguns cordes de inox 312 foram depositados, variando-seacorrente,estescordesestomostradosnafigura5.Essavariaodecrescente teve como base informaes de catlogos de fornecedores que indicavam a faixa adequada para o teste. Outraregiosoldadafoiatransversalpeacomointuitodeverificarcomoadurezado cordo se comportaria, pois segundo informaes do fornecedor seria atingida dureza prxima 58HRC j no segundo passe, sem tratamento trmico. Essa regio est indicada pelo nmero 1, na figura 5. 21 Figura 5: Identificao das regies de soldagem. Afigura5mostraasregiesondeforamrealizadasassoldas.Essasregiestmpropostas diferentes, ou seja, por se tratar de um pr-teste,para estabelecer os parmetros de soldagem, foramrealizadassoldasemdiferentescorrentes,indicadasnafiguradonmero2ao7.A regio indicada pelo nmero 1 (corte transversal da pea) foi soldada com o intuito de medir a durezadorevestimentoduroeseapresentariatrincasposteriormente.Afigura6mostraa regio 1 em destaque. Figura 6: regio soldada para anlise de dureza do revestimento duro.. Conforme mostrada na figura 6, essa regio foi soldada depositando uma camada de inox 312, controlando a temperatura de interpasse, e posteriormente foram depositadas duas camadas de 22 revestimentoduro.Entretanto,quandoasoldagemdasegundacamadaderevestimentoduro estava na metade da regio uma trinca se propagou sob a regio, como pode ser visto na figura 6.Essatrincafoiiniciadanocantovivo,queprovenientedorasgodachaveta,quetem funo de travar o eixo para rotao da roldana (corpo de prova extrado da roldana). A figura 7 mostra, em aumento, a regio de incio da trinca. Figura 7: Incio da trinca. Regio com aumento mostra o canto vivo, onde foi o incio da trinca. De acordo com a figura 7 pode-se verificar que a trinca iniciou no rasgo da chaveta, regio que muito solicitada durante o trabalho da roldana e devido concentrao de tenses existentes, a trinca propagou, devido ao aquecimento e resfriamento durante o processo de solda. A tabela 4 mostra os valores de corrente correspondentes cada regio soldada. Regio Temperatura de pr-aquecimento (C) Corrente (A) 180 C +/- 20 C100 280 C +/- 20 C80 380 C +/- 20 C100 480 C +/- 20 C100 580 C +/- 20 C80 680 C +/- 20 C80 780 C +/- 20 C60 Tabela 5: Variao da Corrente. 23 Essesvaloresdecorrenteforamescolhidosdeacordocomcatlogosdefornecedoresde matria-prima, queestabeleciam uma corrente de 100A para processo desoldagem TIG.Para verificaraqualidadedoscordesfoirealizadoensaiovisualeposteriorensaioporlquido penetrante (LP). A figura 8 mostra os resultados. Figura AFigura BFigura 8: Foto do ensaio por lquido penetrante. A figura A mostra o incio da revelao das trincas, onde podemos ver o contorno de cada trinca. J na figura B pode-se ter uma noo da profundidade de cada trinca. De acordo com afigura8 verifica-se apresenade trinca prxima atodos os cordes, exceto na regio identificada com o nmero 7. Essa regio no apresentou trincas por no ter ocorrido afusodometalbase,ouseja,comoacorrentedamquinaestavareguladapara60A,a energianofoisuficienteparagerarapoadefuso,esimsomenteparafundirometalde adio. As demais regies, tanto com corrente de 80 e 100Aapresentaram trincas nas regies adjacentesaoscordes.Quandoterminouasoldagemdaregio3foipossvelescutare visualizaratrincasepropagando,comosefosseumvidrosequebrando.Asdemaissomente foram verificadas aps ensaio de LP. Conformepodeseranalisadonafigura8,essastrincasiniciaramjuntoaocentrodapea.O motivodoaparecimentodasmesmaspodeterocorridodevidoaogradientetrmico,ouseja, como a temperatura de pr-aquecimento do corpo de prova estava muito prxima da ambiente, quando a poa de fusoestava solidificando, a troca decalor entre o CPe a zona fundida foi muitorpida.Ogradientetrmicoquesomadoqualquerefeitogeomtricoconcentradorde tenses,comoocantovivoexistentenocentrodoCP,podemtersuperadoaresistnciado material levando ruptura do mesmo. 24 Apresenaderechupesdecrateranofinaldetodososcordespodeservisualizada.Esse defeito tambm foi percebido na regio 1, conforme verificado na figura 9. Figura 9: Presena de rechupes de cratera no final dos cordes de solda. Umacorrenteadequadaparaposterioressoldagensseriade100A,poisomaterialapresentou boafusibilidadeefoipossvelboavelocidadedesolda,obtendo-seassim,umcordodeboa qualidade. Adurezadaregio1foimedidaemvriospontos,ondeadurezamdiafoide24HRC.Essa regio foi soldada pelo mtodo de dupla camada, com amanteigamento, ou seja, foi depositada uma camada de inox 312 e duas de revestimento duro. Entretanto a dureza ficou muito fora do esperado, logo a vareta desse fornecedor foi descartada para o processo de parametrizao. 4.1.1. Anlise do pr-teste. Deacordocomosdadoseresultadosanalisadosnoitem3.4.1.,acorrentemnimaaser utilizada para o mtodo da dupla camada seria de 80 A, visto que 60 A no foi suficiente para fundir o metal base. 25 Essa temperatura utilizada no pr-aquecimento, de 80 C +/- 20 C foi muito baixa, o que gerou umgradientetrmicoondeapoadefusoresfrioumuitorpido,efatoresgeomtricos concentradores de tenso favoreceram o aparecimento e propagao de trincas. Umaalternativaseriatestaromtododaduplacamadautilizandoumatemperaturadepr-aquecimentosuperior,entretantoquenoultrapassasseaMS,comoporexemplo,120C+/- 20 C. Comoadurezadaregio1ficoumuitoforadoespecificadoparaaconformaofrio,o consumvel desse fornecedor ser descartada e testes com outra vareta sero realizados. 4.2. Mtodo de soldagem acima de MS. Outraalternativaaparentementevivelparaoprocessodereparoporsoldagemdesseaoo mtododesoldagemacimadeMS,ouseja,comoaMSdoaoAISID6200C[6],a temperatura de pr-aquecimento tem de ser superior isto. Esse mtodo foi realizado por ser uma alternativa mais vivel pelo fato de metal de base (MB) teraltopercentualdecarbono,emtornode2%.Foramvariadasastemperaturasdepr-aquecimento,ps-aquecimentoeostiposdearame.Atabela5mostraasvariveisparaa soldagem acima de MS dos corpos de prova. Corpo de prova Temperatura de pr-aquecimento Tipo e quantidade de ArameTratamento trmico A240 C +/-20 C Amanteigamento com inox 312 e 3 camadas de revestimento duro Sem tratamento trmico B240 C +/-20 C3 camadas de revestimento duro Alvio de tenses de 680C por 2 horas C400 C +/- 20 C3 camadas de revestimento duro Alvio de tenses de 400C por 1 hora. Tabela 6: Variveis para soldagem dos corpos de prova A, B e C. Atabela5informaostrstiposdesoldagemacimadeMSqueforamfeitos.OCPAfoi aquecido em 240 C +/-20 C por 1 hora e depositou-se uma camada de inox 312, controlando atemperaturadeinterpasseat260C.Posteriormenteforamdepositadastrscamadasde revestimento duro e deixado resfriar em areia mantida temperatura ambiente. 26 O CP B sofreu aquecimento por 1 hora na faixa de 240 C +/-20 C e foram depositadas trs camadasderevestimentoduro,controlandoointerpassedeat260C.Aindaquente,foi submetidoaum tratamentotrmicodealviode tensespor2horas,680Ceresfriadoem areiapreviamenteaquecidaem680C.Essatemperaturafoiescolhidadevidofaixade temperaturaparatratamentotrmicodealviodetensesdoD6serde720a820C[6]ede acordocomofabricanteBohler[14]deve-seutilizaratemperaturade10a20Cinferiorao revenido para no sobrerevenir a ferramenta. OCPCfoipreviamenteaquecidoem400C+/-20Cporumperodode2horasetrs camadasderevestimentoduroforamdepositadas.Aindaquente,foisubmetidoaum tratamentotrmicoparaalviodetensesem400Cpor1hora.Posteriormentefoiresfriado em areia temperatura ambiente. 4.2.1. Resultados Obtidos Primeiramente fez-se um ensaio visual para verificar se havia a presena de trincas. O CP A apresentou trinca j no momento que foi retirado da areia, 24h posterior soldagem. O CP B noapresentoutrincaeoCPC,24hposterioraotesteapresentoutrincas,entretantoessa trincafoimuitoprximaumcantovivo,oque podeterajudadoaconcentrartenses.Aps 72h, mais trincas apareceram no CP C, em outra regio. Foi realizado ensaio de lquido penetrante nos corpos de provaBe C, no A no houve necessidade,poisapresentoutrincaemtodoocontornodaZAC,conformepodeservistona figura 10. 27

III Figura 10: Foto do corpo de prova A. A trinca acompanha o contorno da ZAC, conforme pode ser visto em I, vista superior e em II, vista lateral. FoimedidaadurezanoCPAeverificou-sequeasoldaatingiuadurezamnima especificadaparaconformaoafrio,de55HRC,entretantoesseprocedimentonoser aplicado devido presena de trinca frio. O ensaio por Lquido Penetrante realizado nos CPs B e C pode ser verificado nas figuras 11 e 12. Figura 11: Ensaio de Lquido Penetrante no CP B. 28 I II Figura 12: Ensaio de lquido penetrante do CP C.I) LP aps 24h da soldagem. II) LP 75h aps a soldagem. Conforme pode ser analisado na figura 11, o CP B no apresentou nenhuma trinca 24h aps o teste, entretanto a dureza caiu muito devido ao alvio de tenses realizado em 680 C por 2h. Adurezaatingidafoide45HRC.Asvariveistempoetemperaturadessetratamentotrmico foram altas o suficiente para, de acordo com o diagrama TTT (figura 13), formar perlita, o que diminuiu sensivelmente a dureza. Figura 13: Diagrama de transformao de resfriamento contnuo do Ao AISI D6. [6] 29 Emvistadessareduodadurezaviu-seanecessidadedefazerumtratamentotrmicode tmpera para aumentar a dureza do CP B. Assim foi realizado um aquecimento 950 C por 1h30min,resfriadoemleo.Quandoapearetornoutemperaturaambiente,oCPfoi submetido a um tratamento trmico para alvio de tenses em 400 C por 1h. Comoomaterialfoiaustenitizadoeresfriadorapidamente,amicroestruturaformadafoia martensita,queextremamentergidaecheiadetensesinternas.Entretantootratamento trmico de alivio de tenses realizado diminuiu as tenses, reduzindo tambm a dureza, porm ainda permaneceu dentro do especificado para conformao a frio e o valor encontrado foi de 58HRC. A figura 12 mostra o ensaio de LP do CP C. A figura 12.I mostra que 24h aps o teste a pea apresentou trinca muito prxima ao canto vivo, presente no centro da pea. Essa trinca pode ser provenientedapresenadestecantovivo,poisesseCPfoiextradodeumaroldanaque trabalhaemciclos,tensespoderiamestaracumuladasecomogradientetrmicoacabou propagandoatrinca.Afigura12.IImostraque72hapsotesteapeatrincounaregio adjacente ZAC, acompanhado o contorno da regio soldada.A dureza mdia do CP C foi de 58 HRC, dentro do especificado. 4.2.2. Discusso dos Resultados. Conformeanalisadonoitem3.4.2.1,apenasacondiodesoldagemdoCPBpodeser aproveitada,poisasdemaisnoatingiramoesperadodevidoaoaparecimentodetrincase/ou dureza abaixo do especificado. OCPBnoapresentoutrincaspoisotratamentotrmicodealviodetensesrealizadofoi emtemperaturaetemposuficientesparaqueohidrogniodifundisseparaforadapeasem causar trinca a frio. Entretanto como o CP foi submetido a tempo e temperatura elevados, o que foi suficiente para a formao da perlita, houve a necessidade de austenitizar a pea novamente e,atravsdoresfriamentorpido,formarmartensita,microestruturaresponsvelpelaalta dureza, logo, resistncia da matriz para conformao a frio. 30 4.3. Aplicao do mtodo utilizado no CP B. Conforme verificado no item 3.4.2.1, o mtodo de soldagem testado que pode ser aproveitado o mtodo aplicado ao CP B.Esse mtodo foiaplicado uma matriz de furao dos tampos que se encontrava em uma situao danificada, conforme figura 14.

Figura 14 :Matriz de furao dos tampos na condio danificada. Aregiodanificadafoiusinadadeformaaremovertodasasimperfeiesdamesma.Um chanfro foi feito, aproximadamente em 45, para que se evitasse a presena de um canto vivo, o quepoderiacomprometeraqualidadefinaldasolda.Posteriormente,utilizandocomobaseo mtododesoldagemdoCPB,foiexecutadaasoldagemdessaregio.Entretantoalgumas variaes foram feitas, tal como aumentar a temperatura de pr-aquecimento para 400 C, para evitar o aparecimento de trincas a frio devido ao gradiente trmico e ps-aquecimento em 500 C, para aliviar as tenses promovidas pela soldagem, evitando a formao de perlita, ou seja, evitar que a dureza fosse reduzida em excesso. Os passos seguem conforme abaixo:- Pr-aquecimento em forno 400 C, por duas horas; - Soldagem da matriz por processo TIG; - Alvio de tenses imediato aps o termino da soldagem em forno 500 C por duas horas; - Resfriamento em areia aquecida 500 C. Amatriznoapresentoutrincaseadurezaatingiuoespecificado,comdurezamdiade58HRC.Aps72hfoirealizadoensaioporLPparasecertificardaausnciadetrincas, conforme ilustrado na figura 15. 31

Figura 15. Ensaio por LP realizado na parte externa da matriz e parte interna, respectivamente. Conforme analise da figura 15, a matriz no apresentou trincas, nem na parte superior e nem na parte interna tambm. A pea foi submetida usinagem e sercolocadapara trabalhar,assim poder ser verificada a integridade do teste. Foicalculadoocustodessereparo,considerandooconsumodegsargnio,aquantidadede varetas utilizadas de revestimento duro, a hora do soldador, o tempo de forno e a usinagem da matriz em torno CNC. A tabela 6 mostra as quantidades e preos de cada componente. Itens utilizadosQuantidade Utilizada Preo (R$)Preo por item (R$) Arame0,34 kg467,00/kg158,78 Hora soldador5 horas6,00 30,00 Forno8 horas 178 kWh23,14 Gs Argnio3 m19,859,4 Usinagem CNC2 horas35,070,00 Total341,32 Tabela 7: Clculo do custo mdio do reparo da matriz de furao dos tampos. Considerando que o custo de uma matriz nova de R$ 798,00, e o reparo da mesmateve um custo de R$ 341,32, a economia somente dessa matriz de 57,23%, ou seja, de R$ 456,68. Avidadessaferramentaseranalisada,vistoqueseapresentarumavidadetrabalhocurtaem relaosdemaismatrizestalvezessereparonosejaeficiente.Umaanliseestatsticaser realizada durante o trabalho da mesma. 32 5. CONCLUSO Esseestudorevelaquemuitasvariveisestoenvolvidasnesseprocessoequemuitotem-se aindaapesquisaretestar.Essestestespreliminaresderamumanoodecomooao ferramentaD6podeserreparado,mesmoqueapenasumadascondiestenhasido aproveitada. Essacondioquefoipositiva,nocasodopresenteestudodoCPBfoiaplicadaemuma matrizparafuraodostamposdosvasosdepressodaempresaSchulzS/A.Algumas alteraesforamfeitasparaaproximarosresultadossemquefossenecessrioumsegundo tratamento trmico, visto que a indstria visa-se sempre o menor custo para qualquer projeto. Algumasobservaestmqueserlevantadas,poispormaisqueaparentementeamatrizde furaodostamposapresentoubonsresultadostemosqueconsideraroreparocomopositivo somentedepoisdealgumashorasdetrabalho.Istoditoporquepodehaveralgumamicro-trinca, poro, algum defeito que, devido ao trabalho cclico, pode fadigar a matriz. Alternativaspodemsermaisviveisdoqueaencontrada,pormdevidoaotrminodemeu perodo de estgio na empresa no ser possvel desenvolver esse trabalho por hora. A condio de soldagem abaixo da MS pelo mtodo da dupla camada pode ser uma alternativa maisbarata,entretantoatemperaturanaqualotestefoirealizadonoseaplica.Uma temperatura superior pode suprir as caractersticas requeridas no teste. Algunsobjetivosforamalcanados,comoaidentificaodacondiomenoscrticapara reparodasferramentasdecorteparaaempresaeareduodecustoqueesseestudopode gerar, visto que na empresa existe uma grande quantidade de matrizes aserem recuperadas,e apresentam-se em diferentes situaes, o que dever ser estudado com cautela. A equipe dos reservatrios far um acompanhamento de trabalho desta ferramenta, visto que se vir a apresentar vida til curta, alternativas tero que ser estudadas. 33 6. REFERNCIAS. [1]SCHULZS/A.Informaesbsicas.Disponvelem. Acesso em 10 fevereiro 2010. [2]HEATTECH.AosFerramenta:informaesbsicas.Disponvelem: .Acesso em 09 fevereiro 2010. [3]AMERICANWELDINGSOCIETY,WeldingHandbook:Metalsandtheirweldability, Seventh Edition, Volume 4, 1982, Captulo 3: Tools and Die Steel, p. 148 -166. [4] CHIAVERINI, Vicente. Aos e Ferros Fundidos. 6. Ed. So Paulo: Associao Brasileira de Metalurgia e Materiais ABM, 1990. [5]SOARES,Andr;PEDROSA,Ricardo.MateriaisdeConstruoMecnicaI:Tmpera MartensticaeRevenidodoaoRL200(X210CR12).Disponvelem: . Acesso em 23 fevereiro 2010. [6]BOHLER.ColdWorkToolSteel:K107.Disponvelem:. Acesso em 24 fevereiro 2010. [7]VILLARESMETALS.AosparaTrabalhoaFrio:VC131.Disponvelem: .Acessoem:26 fevereiro 2010. [8] The American SocietyMechanicalEngineers. ASMEBolierand Pressure Vessels Code Welding and Brazing Qualifications - Section IX New York, 2007. Addenda 2009b. [9] BOHRQUEZ, C. E. N.; Preciado, W. T. Reparos por soldagem de moldes para plsticos: aspectosmetalrgicos.Tese(MestradoemEngenhariaMecnica)ProgramadePs 34 GraduaoemEngenhariaMecnica,UniversidadeFederaldeSantaCatarina,Florianpolis, 2005. [10]UDDEHOLM.WeldingofToolSteel:treatmentoftoolsteel.Disponvelem: .Acessoem16maro 2010. [11] SENAI. Coleo Tecnologia SENAI. So Paulo, 1997. [12]TIBURI,Fbio.QualidadeemSoldagem.Dossitcnico.Disponvelem: . Acesso em 10 maro 2010. [13]LINCOLNELECTRICCo.TheProcedureHandbookofarcWelding.14th.Ed.USA, 2000. [14] UDDEHOLM. Carmo: Prehardened cold work tool steel for car body dies. Disponvel em: . Acesso em 12 maro 2010. [15]HENKE,S.L.;NIO,C.E.;BUSCHINELLI,A.J.A.;CORRA,J.A.Soldagem DissimilardoAoCA-6NMSemTratamentoTrmicoPosterios,Soldagem&Inspeo,v.6, n.1, 2000. [16] MOINO, H. E., PASCHOALIM, A . C. Programa de Cursos Modulares em Tecnologia de.Soldagem.MduloMIG/MAG.AssociaoBrasileiradeSoldagem(ABS).SoPaulo. 1991.