Relatório de Estágio Supervisionado V Período: 18/05/2009 a 11/09/2009

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS EMC5555 ESTÁGIO SUPERVISIONADO 5 INDUSTRIAL REX LTDA Relatório de Estágio Supervisionado V Período: 18/05/2009 a 11/09/2009 Aluno: Tiago Rafael Trapp Matrícula: Orientador: Ronicildo Schwartz Concordamos com o conteúdo do relatório Data: 11/09/2009 Florianópolis, Setembro de 2009.

2 Industrial Rex Ltda Rua Duque de Caxias, 667 Centro Braço do Trombudo Santa Catarina CEP Brasil Fone: (047) Site: 2

3 Agradecimentos Cursos que oferecem um modelo de ensino diferenciado visando o aprendizado profissional do acadêmico, como o de engenharia de materiais oferecido pela Universidade Federal de Santa Catarina, fornecem uma experiência única. Porém esse aprendizado só é possível devido a parcerias com empresas como a Industrial Rex Ltda. Por esse motivo agradeço primeiramente a oportunidade oferecida pela empresa, nas pessoas de Rolando Arnold e Ingobert Piske pela oportunidade que enriqueceu grandemente meu conhecimento. Agradeço a meu orientador, Ronicildo Schwartz por todo acompanhamento realizado, sempre disposto a ensinar e também pela confiança concedida a mim. Aos professores Germano Riffel e Pedro Novaes pelo suporte, conselhos e acompanhamento do estágio, preocupados em formar engenheiros de excelência. A todos os companheiros de trabalho que forneceram conhecimentos de fundamental importância: André Walzburger, Alcione Thomaz Berto, Diego Marcola, Ernani Edu Egle, Jackson Becker, José Rubens Floriani, Patrick Baade, e Raquel Truppel. Todos os funcionários da empresa que contribuíram de alguma forma, tanto direta quanto indiretamente na realização do estágio. E finalmente, mas não menos importante, a minha família sempre fornecendo força e apoio. 3

4 Sumário 1. Introdução Ensaios de Controle de Qualidade Tração Análise Metalográfica Dureza Controle da Atmosfera dos Fornos Revisão Bibliográfica Tratamento Térmico Têmpera Revenimento Cementação Atmosfera do Forno Objetivos Materiais e Métodos Resultados e Discussões Conclusões Empenamento em Parafusos Cementados Revisão Bibliográfica Laminação de Roscas Influência da Velocidade de Resfriamento na Têmpera Objetivos Materiais e Métodos Resultados e Discussões Conclusões Conclusão Referências Bibliográficas Anexos Anexo A Histórico da Empresa Anexo B Cronograma das Atividades Realizadas

5 1. Introdução O presente relatório descreve as atividades realizadas durante o período de estágio supervisionado na empresa Industrial Rex Ltda. Aborda também alguns assuntos indispensáveis para a compreensão das atividades, como a fundamentação teórica. O estágio foi centrado no laboratório da empresa e foram desenvolvidos três trabalhos principais. O primeiro foi realizado durante todo período de estágio e refere-se ao controle de qualidade e acompanhamento de não conformidades dos produtos fabricados na empresa. Já o segundo e o terceiro trabalho foram realizados em paralelo na área de tratamento térmico. O segundo trabalho teve como objetivo determinar a proporção ideal de atmosfera carburante ou inerte dos fornos de cementação e têmpera, considerando também o custo. E o terceiro trabalho teve como objetivo verificar qual a origem do empenamento observado em parafusos cementados e que possuem uma relação diâmetro/comprimento elevada. A Industrial Rex Ltda. é uma empresa do segmento metalúrgico, cuja principal atividade é a fabricação de elementos de fixação como parafusos, barras roscadas, rebites, hastes e porcas. 5

6 2. Ensaios de Controle de Qualidade Os ensaios de controle de qualidade realizados tanto nas matérias-primas quanto nos produtos prontos são de fundamental importância para a garantia de uma produção de qualidade, gerando produtos de excelente reprodutibilidade e desempenho. Os ensaios mecânicos visam determinar valores numéricos que caracterizam, de certa forma, as propriedades mecânicas do material (COLPAERT, 1971). A seguir são descritos os principais ensaios executados durante todo o período de estágio no controle de qualidade e esporadicamente no acompanhamento de não conformidades. 2.1 Tração O ensaio de tração é amplamente utilizado na a obtenção de informações básicas sobre a resistência de materiais. O ensaio de tração pode ser feito sobre peças inteiras ou sobre pedaços de forma conveniente (corpos de prova). Num teste de tração os parafusos ou corpos de prova são submetidos a uma força trativa uniaxial continuamente crescente enquanto são feitas observações simultâneas do alongamento e da força suportada pelo material. (DIETER, 1981). O ensaio de tração na Industrial Rex é realizado diariamente em praticamente todos os parafusos e porcas produzidos pela empresa, exceto para os parafusos cementados. O ensaio é realizado nos produtos quase acabados e os valores para alongamento, resistência a tração e escoamento são normatizados. 2.2 Análise Metalográfica A análise metalográfica permite a observação da microestrutura do material. Fornece informações sobre a efetividade do tratamento térmico e o grau de encruamento aplicado na deformação do material. Além de possibilitar a 6

7 observação de defeitos, como trincas e inclusões. Para se observar a microestrutura de um material, a amostra deve passar por uma série de etapas de preparação. Primeiramente corta-se um pedaço da peça a ser analisada e a mesma é submetida a um embutimento em resina termofixa para facilitar a preparação posterior. Em seguida a amostra é submetida a lixamento em uma politriz nas lixas 180, 320, 600 e 1200 mesh. Para finalizar a amostra é submetida a um polimento com alumina 1 µm até apresentar uma superfície espelhada que não contenha riscos. Para revelar a microestrutura é necessário um ataque químico na superfície a ser analisada. Na empresa utiliza-se o Nital ( 2 a 5% de ácido nítrico diluído em álcool etílico). Já para observar a presença de trincas ou inclusões no microscópio não é necessário ataque químico. Os ensaios metalográficos realizados no laboratório para controle de qualidade ou análise de não conformidades são: verificação de profundidade de camada cementada, inspeção de microestrutura (tamanho de grão) e microconstituintes (esferoidita, martensíta) após tratamento térmico tanto na matéria prima quanto nos produtos finalizados. Também se verifica a incidência de descarbonetação nas peças e na matéria prima. 2.3 Dureza A propriedade mecânica denominada dureza pode ser definida como a resistência a penetração de um material mais duro. O ensaio de dureza é provavelmente o ensaio mecânico mais freqüentemente utilizado, tanto em empresas, quanto em universidades (PADILHA, 2000). Este ensaio é uma ferramenta importante de controle de produção, pois fornece rapidamente uma das propriedades mecânicas mais representativas na especificação de materiais. Outras propriedades mecânicas podem ser estimadas a partir de dados obtidos nos ensaios de dureza, tais como o limite de resistência a tração (CALLISTER, 2002). Existem várias escalas de dureza, assim como métodos de medição. Na Industrial Rex estão disponíveis três diferentes tipos de ensaios de dureza por 7

8 penetração. O laboratório da empresa dispõe de um durômetro do tipo Rockwell (escala HRB e HRc) e um microdurômetro do tipo Vickers (escala HV). Na dureza Rockwell (escala HRc) a profundidade de penetração é mensurada através de um penetrador cônico de diamante e carga de 150 kg. Na escala HRB é utilizado um penetrador de aço na forma de esfera e a carga utilizada é de 100 kg. Já a microdureza Vickers consiste na penetração de uma ponteira de diamante com geometria piramidal de tamanho reduzido. As cargas aplicadas variam entre 300 e 500 gramas. A impressão resultante é observada sob um microscópio e mensurada; essa medição é convertida através de uma tabela. Esse método é indicado na medição de dureza de regiões estreitas e selecionadas, como em camadas cementadas (da ordem de µm). No controle de qualidade a dureza é utilizada para a inspeção da efetividade de tratamento térmico (coalescimento, têmpera, cementação) e na liberação de produção, tendo em vista que a maioria dos produtos da empresa são normatizados e necessitam estar dentro das especificações. Já em relação a matéria prima, há necessidade de um controle dessa propriedade, pois uma dureza elevada pode acarretar dificuldade de processamento, desgaste excessivo de ferramentas ou ainda fragilização do produto acabado. 8

9 3. Controle da Atmosfera dos Fornos 3.1 Revisão Bibliográfica Tratamento Térmico Os tratamentos térmicos são um conjunto de operações que têm por objetivo modificar as propriedades dos aços e de outros materiais através de aquecimento e resfriamento em condições controladas. O termo tratável termicamente se aplica a uma liga cuja resistência mecânica é melhorada através de um processo de endurecimento por precipitação ou de uma transformação martensítica. (CALLISTER, 2002) Para o tratamento térmico de peças seriadas como parafusos e porcas, normalmente são utilizados fornos contínuos. Na empresa Industrial Rex os fornos são de esteira de placas de aço inoxidável para têmpera e de arame trançado para o forno de revenimento. Já no processo de cementação os fornos são constituídos de uma retorta de aço inoxidável. A atmosfera de ambos os fornos é controlada Têmpera A têmpera consiste no aquecimento do aço até sua temperatura de austenitização entre 815ºC e 870ºC seguido de resfriamento rápido. Aços de baixo carbono (hipoeutetóides) precisam de uma temperatura de austenitização acima de A3 conforme Gráfico 01. Já para aços hipereutetóides o aquecimento pode ser realizado acima de A1. Os meios de resfriamento utilizados dependem da endurecibilidade dos aços, da forma e dimensões das peças. Os meios mais comuns são água, óleo e ar. Na têmpera o constituinte final desejado é a martensita. Essa estrutura é uma fase metaestável composta por ferro que está supersaturada com carbono e que é o produto de uma transformação sem difusão (atérmica) da austenita (CALLISTER, 2002). Sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, ocorre o 9

10 aumento da dureza e da resistência a tração. Resultando também uma redução drástica da ductilidade, da tenacidade e o aparecimento de tensões internas (CHIAVERINI, 2008). Gráfico 01: Diagrama de Fases para o Sistema Ferro Carbono Revenimento Um dos grandes problemas relacionados com o tratamento térmico de têmpera está relacionado com a baixa ductilidade e a baixa tenacidade do material após o tratamento. Como a ductilidade cai quase a zero, a utilização de um aço ou parafusos nestas condições é impossível devido aos riscos de uma falha catastrófica, este empecilho é corrigido através do tratamento térmico de revenimento. Esse tratamento térmico que normalmente sempre acompanha a têmpera, além de aliviar ou remover as tensões internas, corrige as excessivas dureza e fragilidade do material, aumentando sua ductilidade e resistência ao choque. (CHIAVERINI, 2008) 10

11 O revenimento é obtido através do aquecimento de um aço martensítico a uma determinada temperatura durante um intervalo de tempo especifico. Normalmente realizado entre 250 e 650ºC. Este tratamento térmico transforma a martensita em martensita revenida através de processos de difusão. (CALLISTER, 2002) Cementação A cementação é um tratamento termo-químico viabilizado através do processo de difusão de carbono na superfície de aços baixo carbono em altas temperaturas (acima da linha A3 no Gráfico 01). A principal finalidade da cementação é obter uma superfície mais dura e resistente ao desgaste sem prejudicar a ductilidade do núcleo da peça. Geralmente após o processo de cementação é realizado a têmpera (em uma única etapa) das peças para obter-se a estrutura martensita na superfície do material. O processo deve elevar o teor superficial de carbono até 0,8% ou 1% após a têmpera. (CHIAVERINI, 2008) A cementação pode ser realizada via sólida, gasosa ou líquida. E os principais fatores influentes na velocidade de enriquecimento de carbono na superfície dos aços são: teor inicial de carbono, coeficiente de difusão do carbono no aço, temperatura e natureza do agente carbonetante. Figura 01: Parafuso cementado. Aumento: 100x. Ataque: Nital 11

12 3.1.5 Atmosfera do Forno Nos tratamentos térmicos dos aços, deve-se evitar dois fenômenos muito comuns e que podem causar sérios aborrecimentos: a oxidação que resulta na formação indesejada da casca de óxido e a descarbonetação que pode provocar a formação de uma camada mais mole na superfície do metal. Os fenômenos de oxidação e descarbonetação são evitados pelo uso de uma atmosfera protetora, ou controlada no interior do forno, a qual, ao prevenir a formação da casca de óxido, torna desnecessário o emprego de métodos de limpeza e, ao eliminar a descarbonetação, garante uma superfície uniformemente dura e resistente ao desgaste. (CHIAVERINI, 2008) Na empresa o processo de cementação é via gasosa. As atmosferas dos fornos, tanto de cementação, quanto de têmpera são do tipo base de nitrogênio comercial com carbono controlado. A principal função deste sistema de atmosfera é de reagir com o aço de uma maneira controlada para que quantidades significantes de carbono possam ser adicionadas ou mantidas na superfície do aço. As aplicações mais comuns de atmosferas de carbono controlado incluem cementação e têmpera neutra. O essencial na aplicação destas atmosferas é o controle. Na têmpera neutra, o potencial de carbono da atmosfera deve estar levemente superior ao da superfície do aço para evitar descarbonetação ou cementação. Já no processo de cementação há a necessidade de criar uma atmosfera com teor de carbono maior do que o presente na superfície do material com a finalidade de criar um potencial de difusão do carbono da atmosfera para a superfície da peça. Em atmosferas em base de nitrogênio comercial, metanol é utilizado como fonte de hidrogênio e monóxido de carbono para sistemas de atmosfera reativos e de controle de carbono. Metanol é adicionado ao forno como vapor. Quando exposto a temperaturas maiores que 760 ºC, o metanol dissocia de acordo com a seguinte reação (FLORÊNCIO DOS SANTOS, 2002): CH3OH 2 H2 + CO 12

13 O potencial redutor ou cementante de uma atmosfera é determinado por várias reações, que estão associadas com constantes de equilíbrio. Entre as principais estão: FeO + H2 Fe + H2O Fe + 2CO FeC + CO2 Fe + CO + H2 FeC + H2O A operação de cementação gasosa (utilizada pela empresa) normalmente gera uma precipitação de carbono livre na forma de fuligem, devido a uma excessiva oferta de carbono na atmosfera, e em casos extremos, na forma de carvão, que é depositada sobre as peças ou nas paredes do forno, provocando deterioração na atmosfera e perda do controle do potencial de carbono. Este fenômeno pode ser amenizado pela escolha certa da atmosfera, controle eficiente do potencial de carbono dentro da câmara do forno e remoção periódica (queima) da fuligem que ocorre, inevitavelmente, no processo normal de cementação. (OGATA, 2003) 3.2 Objetivos Este trabalho teve como objetivo primordial monitorar as atmosferas dos fornos de tratamento térmico de têmpera e cementação da empresa. Esse monitoramento possibilitou avaliar a efetividade do tratamento térmico aplicado as peças e também a incidência de descarbonetação. A partir dos dados obtidos foi possível estabelecer na prática uma atmosfera de menor custo para o processo de têmpera sem alterar as propriedades do material. 3.3 Materiais e Métodos As atmosferas geradas para o controle de carbono dos fornos de têmpera e cementação possuem uma composição fixa na saída, porém é possível variar a 13

14 composição através da quantidade de entrada de metanol, GLP (gás liquefeito do petróleo) e nitrogênio. Essa composição pode ser mensurada mediante alguns cálculos de proporcionalidade, utilizando para isso a quantidade de entrada no forno de cada item que compõe a atmosfera. Essa quantidade é obtida individualmente para cada item através de leitura direta em rotâmetros (medidor de vazão, em m³/h) instalados em cada forno. Para controlar as atmosferas dos fornos foi realizado um acompanhamento em três fornos dois de têmpera e um de cementação identificados como forno 1, forno 2 e forno 4 respectivamente. O acompanhamento durou dois meses e nesta etapa era observada diariamente a efetividade dos tratamentos térmicos e a incidência de descarbonetação através de metalografia. Também foi calculada a percentagem de atmosfera carburante/inerte e a renovação de atmosfera. Segundo indicação de um fornecedor de um dos gases utilizados, as atmosferas ideais seriam de 60% carburante e 40% inerte para cementação e 60% inerte e 40% carburante para o processo de têmpera. Ambos os processos com renovação de 3 atmosferas por hora. Com os dados obtidos foi possível calcular uma atmosfera de menor custo para os fornos de têmpera através do Solver. O Solver é uma ferramenta do Microsoft Excel que localiza um valor ideal para uma fórmula (soma de menor preço, por exemplo). Pode-se aplicar várias restrições (no caso, porcentagem mínima e máxima de cada gás) que o Solver calcula o menor preço variando as proporções dentro dos limites impostos. Em seguida testou-se essa atmosfera nos fornos e procedeu-se com o mesmo controle das atmosferas. 3.4 Resultados e Discussões Com os dados obtidos foram elaborados dois gráficos para cada forno para facilitar a identificação da melhor atmosfera. Um gráfico relacionando a camada descarbonetada ou cementada e a porcentagem de atmosfera carbonetante. Já o outro gráfico relaciona a renovação de atmosfera com a camada descarbonetada ou cementada. 14

15 Gráfico 02 Gráfico 03 Gráfico 04 Gráfico Gráfico 06 Gráfico 07 15

16 Todos os gráficos apresentam uma grande dispersão nos resultados, tanto em relação a camada descarbonetada (forno 1 e 2), quanto a camada cementada (forno 4). Independente se a comparação da camada for em relação a porcentagem de atmosfera carburante ou se for em relação a renovação de atmosfera. É possível observar que o forno 1 e 2 apesar de iguais em sua concepção, respondem diferentemente a atmosfera presente. Isso pode ser avaliado comparando-se os gráficos 2 e 4 e também os gráficos 3 e 5. Enquanto a atmosfera do forno 1 pode ser somente 20% carburante e com renovação de 2,7 atmosferas por hora, a do forno 2 necessita uma atmosfera 40% carburante e renovação de 3,5 atmosferas por hora para evitar uma descarbonetação excessiva. No forno de cementação (forno 4) é possível observar uma grande dispersão dos resultados (Gráficos 06 e 07). Essa diferença é observada provavelmente devido a variação de atmosferas utilizadas no forno de cementação, pois são tratados produtos com necessidades de camada cementadas diferenciadas. Alguns produtos especiais como parafusos auto brocantes necessitam uma camada superficial mais espessa e, portanto com atmosfera do forno com potencial carburante mais elevado. Para calcular uma atmosfera de menor custo, utilizou-se somente os dados do forno 1. Pois o forno 2 provavelmente apresenta algum problema como será indicado abaixo. E no caso do forno 3 (cementação) não é possível determinar uma única atmosfera, pois são cementados produtos com diferentes necessidades conforme descrito anteriormente. Conforme observado nos gráficos 2 e 3 é possível utilizar uma atmosfera 20% carburante e com renovação de 2,7 atmosferas por hora no forno 1 evitandose a descarbonetação. Portanto no Solver foram indicados duas restrições: atmosfera carburante mínima de 20% e máxima de 40% e GLP mínimo de 3% e máximo de 5%. Essa restrição do GLP deve-se a fuligem excessiva que o gás gera no forno, proveniente da queima incompleta de traços de outros hidrocarbonetos mais pesados presente no gás. 16

17 % Atm Inerte Atm Carburante Limites Mínimo R$/m3 Máximo ,4559 Composição Calculada 100, Nitrogênio (%) ,032 GLP (%) ,1944 Metanol (%) ,2295 Tabela 01: Composição gerada de menor preço através do Solver Conforme observa-se na tabela 01, a atmosfera de menor custo calculada teoricamente pelo Solver (R$ 1,46 /m³) é obtida quando mantémse na composição calculada o teor de gás inerte (nitrogênio) em 80% e o teor de atmosfera carburante (GLP e metanol) em 20%. E o GLP no teor mínimo indicado de 3% devido ao elevado custo do gás. 3.5 Conclusões Para o forno 1 é possível utilizar uma atmosfera 80% inerte e 20% carburante. O que representa um valor 7% menor no preço do metro cúbico de atmosfera em relação a indicação de um dos fornecedores de gás de utilizar uma atmosfera 60% inerte e 40% carburante. Para o forno 2 não é possível determinar uma atmosfera de menor preço devido a alguns problemas que o forno apresenta. A descarbonetação observada várias vezes nesse forno provavelmente provêem de uma purga de atmosfera inadequada. Por isso é indicado a manutenção do vaporizador de metanol deste forno, que provavelmente não consegue vaporizar todo o metanol necessário para gerar o potencial de carbono ideal. Essa descarbonetação também pode ocorrer se houver a presença de oxigênio residual ou vapor d água dentro do forno. Porém o forno aparentemente não apresenta vazamentos ou entrada de peças contaminadas com água. 17

18 4. Empenamento em Parafusos Cementados 4.1 Revisão Bibliográfica Laminação de Roscas Na fabricação de elementos de fixação, todos os tipos de roscas podem ser fabricados pelo processo de laminação. (BATALHA, 2003) Na empresa a laminação de roscas é feita com ferramentas de encosto. Neste caso são empregados dois encostos (pentes de laminação), um deles fixo enquanto o outro tem um movimento linear paralelo. As principais vantagens da laminação de roscas em comparação com outros processos é a alta produtividade e a economia de material, pois não há geração de cavaco. Além disso, há um aumento na resistência do material devido ao encruamento. Figura 02: Laminação de Roscas com Encostos Planos 18

19 4.1.2 Influência da Velocidade de Resfriamento na Têmpera O tempo de resfriamento é o fator mais importante no tratamento térmico de têmpera, pois ele que determinará efetivamente a estrutura e, em conseqüência, as propriedades finais dos aços. (CHIAVERINI, 2008). Alguns problemas de têmpera são associados a velocidade de resfriamento, como: trincas e empenamentos. Quanto mais complicada for a geometria da peça, maior a tendência ao aparecimento de trincas. Quanto mais rápido for o resfriamento, maior a probabilidade de obter-se martensita, por outro maiores são também as chances de gerar trincas e empenamentos na peça. Como existe uma variação no volume da peça durante o aquecimento e o resfriamento e também devido à transformação da estrutura em martensita, quanto maior a diferença entre as velocidades de resfriamento na superfície e no centro ou em diferentes pontos da superfície maior será o empenamento e a possibilidade de aparecimento de trincas. A solução deste tipo de problema está sempre na diminuição da velocidade de resfriamento pela utilização de meios que produzam uma retirada mais lenta de calor da peça. 4.2 Objetivos Este trabalho teve como objetivo verificar qual a origem e quais fatores que agravam o empenamento de parafusos cementados. O empenamento é observado somente em peças que possuem uma relação diâmetro/comprimento elevada (maior que 1/8). 4.3 Materiais e Métodos No processo de cementação da empresa é utilizado um forno composto de uma retorta (espira) de aço inoxidável. Através desse processo é possível manter os parafusos a serem cementados em movimento dentro do forno, possibilitando assim uma difusão uniforme em todas as peças. 19

20 O problema indicado nesse trabalho foi observado inicialmente somente após o processo de cementação seguido de têmpera. Portanto havia a dúvida se o problema era gerado no processo de passagem pelo forno ou se outro fator estava influenciando a curvatura observada nos parafusos. Para determinar a origem do problema, primeiramente mensurou-se o empenamento dos parafusos através da concentricidade das peças antes da passagem pelo forno e após o processo de cementação e têmpera. A concentricidade foi medida com um dispositivo que mantém um dos lados do parafuso fixo e que possue um relógio apalpador na outra extremidade do parafuso e possibilita que este lado gire livremente. Após identificar que a passagem do forno influi significativamente no empenamento dos parafusos, testou-se duas variáveis no processo de cementação e têmpera: a temperatura de cementação e a velocidade da retorta. Nesta etapa também se avaliou a dureza superficial dos parafusos e a profundidade atingida pela camada cementada, pois o tempo e a temperatura são fatores influentes no processo de cementação. Também se testou o nível prévio de empenamento dos parafusos ao processo de cementação para observar se há influência da curvatura das peças antes de entrarem no forno de cementação. 4.4 Resultados e Discussões Na obtenção das médias de concentricidade foram utilizadas pelo menos 80 peças. A tabela 02 apresenta quatro comparativos de concentricidade para vários parafusos antes e após o tratamento térmico. Observa-se que esse processo realmente influencia a curvatura dos parafusos. Proporção d/l Concentricidade (mm) Antes Têmpera Após Têmpera 1/12,5 0,37 0,58 1/14 0,2 0,43 1/10 0,13 0,3 1/10 0,07 0,33 Tabela 02: Concentricidade antes e após têmpera. 20

21 Após comprovada a influência do tratamento térmico de cementação e têmpera no empenamento dos parafusos, testou-se a influência da temperatura de austentização (Tabela 03) e a influência da velocidade da retorta (Tabela 04). Proporção d/l 1/11,5 Temperatura Cementação (ºC) Concentricidade (mm) 0,51 0,53 0,48 Dureza Superficial (HV) Camada Cementada (µm) Tabela 03: Influência da Temperatura de Austenitização Proporção d/l 1/10 Tempo Cementação (min) Concentricidade (mm) 0,16 0,18 0,18 Dureza Superficial (HV) Camada Cementada (µm) Tabela 04: Influência da Velocidade (Tempo de Cementação) da Retorta É possível afirmar que as temperaturas de austenitização do forno passíveis de utilização e a velocidade da retorta (diretamente proporcional ao tempo de cementação) não influenciam significativamente no empenamento dos parafusos. Porém se observa que o tempo e a temperatura afetam diretamente a camada cementada e a dureza superficial. Esse fato deve-se a taxa na qual o carbono pode ser adicionado à superfíce do aço, que está limitada pela taxa de difusão do carbono na austenita. Esta taxa aumenta consideravelmente com a temperatura. A taxa de adição do carbono a 920ºC é cerca de 40% maior que a 870ºC (CHIAVERINI, 2008). Já o grau de empenamento do parafuso após a laminação e antes do processo de tratamento térmico é um agravante na curvatura do parafuso após a cementação e têmpera conforme exposto na Tabela 02. Quanto menor o empenamento de entrada no forno, menor o empenamento na saída do mesmo. 21

22 4.5 Conclusões Como o próprio fabricante do forno recomenda tratar termicamente somente peças com relação de diâmetro/comprimento inferior a 1/6 nos fornos tipo retorta, é possível afirmar que os parafusos com relação diâmetro/comprimento maior que 1/6 continuarão a empenar. Porém é viável a redução do nível de empenamento. É possível afirmar que o empenamento gerado no processo de laminação (antes da cementação e têmpera) é um fator que agrava a curvatura do parafuso após o tratamento térmico. Mas provavelmente não é o único fator que contribui. Há a necessidade de testar o grau de influência do meio de resfriamento da têmpera (atualmente é utilizado uma solução alcalina). Esse teste está em fase de viabilização. Porém mesmo que o meio de resfriamento do processo de têmpera influencie significativamente na curvatura dos parafusos, seria essencial estabelecer um limite máximo mais criterioso de empenamento no processo de laminação visando a redução desse defeito. Pois a alteração do processo de resfriamento (óleo, por exemplo) do forno de cementação é complexa, exigindo a inserção de uma lavadora no sistema, o que aumentaria o tempo e o custo do processo. Já o processo de laminação pode ser melhorado através de ajustes nos pentes de laminação (suporte dos parafusos) ou alterando-se o projeto de parafusos cementados com relação diâmetro/comprimento elevada de meia rosca para rosca em todo corpo. 22

23 5. Conclusão A realização do estágio na empresa Industrial Rex Ltda. foi de grande importância. Isto não somente pela liberdade e confiança depositada nos trabalhos e experimentos feitos, mas principalmente por atribuir valores imprescindíveis para a vivência no mercado de trabalho. Ao ingressar no estágio havia um pequeno conhecimento sobre conformação. Durante este período foram sanadas muitas dúvidas e curiosidades nessa área. Os parafusos são na verdade peças bastante simples e as vezes até desprezados. São peças que convivem com todos os tipos de tecnologia nos mais diversos campos de atividades, sendo fundamentais para o funcionamento de uma máquina ou um automóvel, por exemplo. Ao final do estágio levo junto um pouco de conhecimento na área de conformação. Mas acima de tudo que um excelente profissional necessita de muita responsabilidade, competência, pró-atividade, planejamento e relacionamento interpessoal, além de conhecimentos técnicos, em todos os momentos para alcançar o sucesso. 23

24 6. Referências Bibliográficas CALLISTER, William D.Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. Quinta Edição, Rio de Janeiro: LTC, CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. Sétima Edição, São Paulo: ABM, COLPAERT, Hubertus. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. Sexta Edição, São Paulo: Editora Edgar Blücher, DIETER, George. Metalurgia Mecânica. Segunda Edição, Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan, PADILHA, Ângelo Fernando. Materiais de Engenharia Microestrutura e Propriedades. Quarta Edição, Curitiba: Editora Hemus, BATALHA, Gilmar Ferreira. Introdução a Manufatura Mecânica. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, FLORÊNCIO DOS SANTOS, Rafael Wagner. Estudo da Interação Aço/Atmosfera em Fornos de Tratamento Térmico. Porto Alegre: UFRGS, Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia de Materiais. OGATA, Humberto. Determinação da Influência das Tensões Residuais nas Propriedades de Fadiga em Aço SAE 8620 Processado Com Diferentes Profundidades de Camada de Cementação. Curitiba: UFPR, Dissertação de Mestrado em Ciência dos Materiais. Industrial Rex Ltda. Endereço eletrônico: Acessado em: 23/06/

25 7. Anexos Anexo A Histórico da Empresa Com sede em Braço do Trombudo, município localizado na região do Alto Vale do Itajaí, estado de Santa Catarina, a Industrial Rex Ltda. é uma empresa do segmento metalúrgico, cuja principal atividade é a fabricação de elementos de fixação como parafusos, barras roscadas, rebites, hastes e outros. Fundada em 10 de junho de 1958, iniciou suas atividades como prestadora de serviços mecânicos e fabricação artesanal de peças para caminhões, máquinas e equipamentos. Ciente da evolução e desenvolvimento do setor metalmecânico, a Industrial Rex Ltda. partiu definitivamente para a fabricação de parafusos a partir do ano de Atualmente conta com um parque fabril de m² de área construída e 470 colaboradores. Adota uma sólida política de investimentos para assegurar o crescimento continuo da empresa e sua competitividade. A empresa investe constantemente na ampliação de seu parque industrial, dotando-o de estrutura e tecnologias, tornando-se um importante fabricante do setor, com seus produtos conhecidos em todo território nacional e Mercosul. A implantação de melhorias continuas nos processos e nas condições de trabalho, e a qualidade de seus profissionais visam a qualidade de seus produtos, serviços e a satisfação de seus clientes. 25

26 Anexo B Cronograma das Atividades Realizadas Cronograma: Curso de Engenharia de Materiais da UFSC Estagiário: Tiago Rafael Trapp Empresa: Industrial Rex Ltda. Orientador: Ronicildo Schwartz Nº. Atividades Maio Junho Julho Agosto Setembro 1 Revisão Bibliográfica X X X X X X X X X X X X X X X X X 2 Ensaios de Controle da Qualidade X X X X X X X X X X X X X X X X X 3 Empenamento Parafuso X X X X X X X X 4 Controle Atmosfera Forno X X X X X X X X X X X 5 Programa 5 S X X X 6 Levantamento de Desenhos X X 7 Elaboração do Relatório X X X X X X X