IPT
29/11/2018
Ana Paola conta que a fadiga térmica afeta, na maioria dos casos, componentes de motores a combustão ou as ferramentas de conformação mecânica a quente. “A fadiga térmica pode ser definida como um modo de fadiga, ou desgaste, causada pela aplicação cíclica de tensões com origem no calor, que é ocasionado pelas contrações e dilatações térmicas que o material sofre nesse processo”.
Conduzida durante o doutorado de Ana Paola na área de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), a pesquisa utilizou ensaios com aplicação de tensões térmicas a corpos de prova que simulavam ferramentas utilizadas na conformação a quente. Nesse processo, o metal é aquecido para tornar-se mais maleável e o gasto de energia necessário para a fabricação das peças é menor em relação a conformação a frio. Cilindros de laminação, matrizes de forjamento e moldes para prensagem de vidro são alguns exemplos de ferramentas empregadas no processo.
Ana Paola explica que é importante entender como funciona a nucleação, ou propagação, e a formação de malhas de trincas na superfície das ferramentas para aumentar seu tempo de vida útil. “As ferramentas de conformação mecânica são materiais muito caros. Seu preço pode chegar a ordem de milhões. Além disso, essas ferramentas costumam durar pouco tempo. Um cilindro de laminação, por exemplo, que pesa de 6 a 12 toneladas, deve ser trocado a cada seis horas.
ENTENDENDO O PROBLEMA – Nos ensaios, as tensões, exclusivamente térmicas, foram aplicadas em ciclos e simulavam as condições reais de uso das ferramentas de conformação. A pesquisadora estudou especificamente ferramentas de aço com carbonetos de nióbio, uma liga muito importante no mercado por sua alta resistência. “Esse tipo de estudo é relevante pois existe uma demanda da indústria em ter uma produção cada vez maior. Essa demanda exige mais dos equipamentos e as ferramentas, consequentemente, se desgastam mais”, afirma.
As características da superfície dos corpos de prova com nucleação de trincas foram observadas cuidadosamente ao longo do trabalho, e os ensaios de fadiga térmica foram realizados com a variação de quatro condições: temperatura máxima, velocidade do aquecimento, dureza do material e atmosfera. Além, disso foram realizados também ensaios de oxidação, fenômeno a qual as ferramentas estão sujeitas durante o uso. Os danos pós-ensaios foram avaliados a cada mil ciclos em um microscópio óptico e também por tomografia de raios-X para a caracterização das trincas.
Ao final do trabalho, Ana Paola percebeu que é essencial estudar a fadiga térmica sempre em conjunto com a oxidação. As chamadas trincas secundárias, que ficam na camada de óxido do corpo de prova são diferentes das primárias, que levam o material a falhar. As duas, porém, estão relacionadas.
Através dos ensaios, a pesquisadora descobriu que a formação de uma malha secundária de trincas acelera a propagação das trincas primárias. A pesquisa, que está inserida no projeto Sistema avançado para projeto de ligas aplicadas em conformação a quente do IPT, concluiu ainda que os carbonetos de nióbio que estão na liga do material formam áreas de concentração de tensão e de oxidação que contribuem para a diminuição do tempo de vida útil das ferramentas.
[1] Crédito da imagem: IPT.
Como citar esta notícia de inovação: IPT. Conformação em foco. Saense. http://www.saense.com.br/2018/11/conformacao-em-foco/. Publicado em 29 de novembro (2018).
