UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS NITRION DO BRASIL LTDA.

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1 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS NITRION DO BRASIL LTDA. RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR II PERÍODO: 25/01/2010 À 21/05/2010 FELIPE OLIVEIRA DE TOLEDO MATRÍCULA: ORIENTADOR: LUIZ MIGUEL AMORIM SANTOS CONCORDAMOS COM O CONTEÚDO DO RELATÓRIO: FLORIANÓPOLIS SC 2009

2 2 NITRION DO BRASIL LTDA ROD. BR-280 KM 47 BAIRRO QUATI CEP: GUARAMIRIM SC FONE: FAX:

3 3 AGRADECIMENTOS Agradeço a empresa Nitrion do Brasil e aos seus sócios Sr. Wolfgang Singewald, Sr. Maurici Zanghelini, Sr. Reinhard Lutz, Sr. Cecil Motschmann, Sr. Joseph Lutz, Sr. Johan Merl, Sr. Michael Motschmann, pela oportunidade de estágio, infra-estrutura e recursos oferecidos que contribuíram para uma boa aprendizagem e por manterem essa parceria com a UFSC. Agradeço o Engenheiro Luiz Miguel Amorim Santos, pela orientação, paciência, dedicação e confiança ao longo do estágio, principalmente pela sua amizade e apoio que me ajudaram a vencer barreiras. Agradeço a Universidade Federal de Santa Catarina e ao departamento do curso de graduação em engenharia de materiais, por essa oportunidade oferecida aos alunos do curso de engenharia de materiais. Agradeço ao professor Germano Riffel, pelo auxílio e conselhos dados durante as visitas. Agradeço ao Sr. Edson Bruch, pela compreensão, conhecimentos compartilhados e amizade. Agradeço aos meus colegas de trabalho, por me receberem bem na empresa, pela amizade, ajuda nas atividades realizadas e pela constante troca de conhecimentos. Agradeço aos meus pais, José de Toledo Junior e Regina C. B. Oliveira de Toledo, que mesmo distantes fisicamente, foram essenciais para a realização de mais esse trabalho e por sempre estarem do meu lado. Agradeço a minha namorada, Laís Franco Ribeiro, pelo carinho, compreensão, companheirismo e apoio durante esse período. Enfim agradeço a todos que contribuíram, de alguma forma, para a realização de mais uma etapa bem sucedida da minha vida.

4 4 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ANÁLISES DE FALHAS PROBLEMA COM A DUREZA DE ENGRENAGENS NITRETADAS INTRODUÇÃO OBJETIVO ANÁLISE MACROGRÁFICA TESTES DE DUREZA E MICRODUREZA VICKERS ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL RESULTADOS CONCLUSÃO TRINCAS EM MATRIZ DE INJEÇÃO DE ALUMÍNIO INTRODUÇÃO OBJETIVO ANÁLISE MACROGRÁFICA ANÁLISE MICROGRÁFICA TESTES DE DUREZA E MICRODUREZA ANÁLISE DO TRATAMENTO SUPERFICIAL RESULTADOS CONCLUSÃO RUPTURA EM COMPONENTES DE FERRO FUNDIDO INTRODUÇÃO OBJETIVO ANÁLISE MACROGRÁFICA TESTES DE DUREZA E MICRODUREZA VICKERS ANÁLISE MICROGRÁFICA RESULTADOS CONCLUSÃO CONCLUSÃO...25 BIBLIOGRAFIA...26 ANEXO A HISTÓRICO DA EMPRESA...27 ANEXO B CRONOGRAMA DE ESTÁGIO...28

5 5 1 INTRODUÇÃO O presente relatório é referente ao estágio realizado na empresa Nitrion do Brasil, com atividades relacionadas à ciência e engenharia de materiais. A empresa atua no ramo de tratamentos térmicos e termoquímicos para metais ferrosos, entre eles a nitretação iônica, pósoxidação a plasma, nitrocarbonetação a plasma e alívio de tensões em reator a plasma. Durante o estágio acompanhou-se o fluxo de trabalho em diferentes setores da empresa e realizaram-se diferentes atividades, como: Recepção de peças para tratamentos; Planejamento de processo; Lavagem de peças; Proteção de áreas que não devem ser nitretadas; Carregamento de cargas nos reatores; Programação de processos; Monitoramento (Glee control); Descarregamento de cargas dos reatores; Controle de qualidade; Jateamento por micro esferas; Embalamento de peças; Realizar desenvolvimentos; Análises de falhas. Todas essas atividades foram importantes para se conhecer como funciona a empresa, quais as importâncias e dificuldades de cada atividade e qual o caminho percorrido pelas peças, antes e depois da serem tratadas, dentro da empresa. As principais atividades realizadas durante o estágio foram as análises de falhas, realização de desenvolvimentos e diversos testes laboratoriais, como o teste de dureza e microdureza Vickers e metalografias. Neste relatório estão descritas algumas das principais análises de falha realizadas durante esse estágio.

6 6 2 ANÁLISES DE FALHAS No laboratório da Nitrion foram realizadas análises de falhas, que consistem em análises feitas em peças tratadas pela empresa, que apresentaram algum tipo de problema ou não conformidade identificada pelo cliente. O objetivo dessas é identificar as possíveis causas dos problemas, através de testes, análises metalográficas, verificação do histórico da peça e condições de trabalho da mesma, na tentativa de identificar qualquer fator que tenha contribuído para a ocorrência dessa falha. 2.1 PROBLEMAS COM A DUREZA DE ENGRENAGENS NITRETADAS INTRODUÇÃO Um dos clientes reportou para a Nitrion a não conformidade de um lote de engrenagens que foram nitretadas a plasma. De acordo com testes realizados por este, as peças apresentavam dureza superficial entre 576 e 626 HV10, fora do especificado que é entre 650 e 750 HV10, porém com uma espessura de camada nitretada de 0,32mm, que esta dentro do especificado de 0,25 a 0,40mm. Esse lote foi retrabalhado, devido a exigências do cliente, porém os resultados continuaram insatisfatórios segundo o mesmo. Decidiu-se, portanto fazer uma análise de algumas amostras aleatórias e das mesmas amostras testadas pelo cliente, pois as peças desse lote que foram testadas e aprovadas pelo setor de qualidade da Nitrion OBJETIVO Identificar, a partir de novos testes e análises, possíveis causas para essa disparidade de valores de dureza superficiais encontrados. Os motivos podem ser vários, entre eles: problemas nos equipamentos utilizados para realizar o teste de dureza superficial, na calibração dos equipamentos, na forma em que o teste foi realizado, na própria engrenagem ou no tratamento realizado ANÁLISE MACROGRÁFICA Através de uma análise macrográfica do lote em questão, verificaram-se nas engrenagens testadas pelo cliente, pequenas regiões com grande desgaste na superfície,

7 7 característicos de esmerilhamento, como podem ser vistas na foto a seguir (figura 1). Estes foram feitos pelo próprio cliente para a realização do teste de dureza Vickers de topo, com o intuito de facilitar a leitura da impressão gerada no teste. (1) Região Lixada com Lixa 1200 mesh (2) Região com desgaste grosseiro FIGURA 1 Engrenagem testada pelo cliente e as regiões onde ocorreram os testes de dureza, (1) pela Nitrion e (2) pelo cliente. O desgaste excessivo da superfície da peça nitretada pode prejudicar a camada branca e até mesmo a zona de difusão. Por esse motivo que no procedimento da Nitrion, é adotado a utilização de lixamento superficial com lixa 1200 mesh TESTE DE DUREZA Uma dureza apropriada e utilizada para determinar a profundidade de camada endurecida e a dureza superficial de peças nitretadas é a dureza Vickers. Esta é uma dureza por penetração, a qual o penetrador é uma pirâmide de diamante de base quadrada, com um ângulo de 136 entre as faces opostas. Esta dureza independe da carga utilizada (exceto para cargas muito pequenas, menores que 1 Kgf, utilizadas em testes de microdureza), que podem variar de1 até 120 Kgf, pois a geometria similar das impressões feitas é independente da carga aplicada. O valor da dureza medida é calculado de acordo com a equação a seguir: HV 2L* SIN( D 2 / 2) 1,8544* L D 2 (1) onde: D = diagonal da impressão (mm) L = carga (Kgf) α = ângulo entre faces opostas (136 )

8 8 Entre as vantagens desse teste estão as impressões microscópicas que não inutilizam a amostra, existência de apenas uma escala de dureza, aplicação em inúmeras espessuras de materiais e até mesmo pode medir durezas superficiais.[1,2] Esse teste foi o utilizado para medir a dureza das engrenagens, conforme indicado, em ambas as empresas. Foi selecionada uma das peças, que apresentavam regiões aparentemente esmerilhadas, para a realização de novos testes, em duas regiões diferentes, na região com desgastada grosseiramente, onde o cliente realizou seus testes e uma outra levemente desgastada por uma lixa de granulação de 1200 mesh. Devido a desconfiança da calibração dos durômetros das empresas envolvidas, os testes foram realizados também por um terceiro laboratório, os resultados estão presentes na tabela abaixo. EMPRESAS REGIÕES TESTADAS DUREZA MÉDIA (HV 10) DESVIO PADRÃO (HV 10) Região com grande desgaste 645 Teste único Nitrion Região com pequeno desgaste 734 Teste único Não Região com grande desgaste 629 Cliente informado Região com pequeno desgaste - - Região com grande desgaste 641 6,93 [3] Laboratório (terceirizado) Região com pequeno desgaste ,05 [3] TABELA 1 A média dos valores de dureza Vickers encontrados em uma mesma engrenagem, em duas regiões distintas. Os testes de dureza realizados obedecem à norma DIN EN ISO [3] ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL Para uma boa leitura da impressão realizada no teste de dureza é necessária uma superfície limpa e com baixa irregularidade [1,2]. No entanto, essas engrenagens possuem ranhuras de usinagem com espaçamentos menores do que as diagonais obtidas em impressões de dureza HV 10, exigido pelo cliente. As microfotografias a seguir (figura 2 e 3) mostram duas impressões de dureza Vickers de diferentes cargas na superfície da engrenagem.

9 9 (A) (B) (1) (2) FIGURA 2 Foto tira do microscópio óptico com resolução de 10x10 (objetiva x ocular), referente às ranhuras e duas impressões feitas pelo teste Vickers. (1) impressão HV10; (2) impressão HV1; (A) vale da ranhura; (B) Pico da ranhura. FIGURA 3 Foto tira do microscópio óptico com resolução de 50x10 (objetiva x ocular), referente às ranhuras e duas impressões feitas pelo teste Vickers.

10 10 Foi medida a distância entre as ranhuras do processo de usinagem, conforme foto abaixo (figura 4). FIGURA 4 - Medição da distância entre as ranhuras do processo de usinagem, variando de 204,72 a 224,44 microns (valor médio: 214,81 mm). Ampliação: 50x. A média das medidas das distâncias entre as ranhuras e das diagonais das impressões de acordo com a dureza e carga do teste Vickers, foram encontradas utilizando a equação (1) e estão presentes nessa tabela: DUREZA VICKERS DISTÂNCIA DISTORÇÃO NA DIAGONAIS MÉDIA ENTRE MEDIDA (µm) RANHURAS (µm) HV Sim HV Sim HV Não TABELA 3 Dimensões das impressões feitas por diferentes cargas para uma mesma dureza.

11 RESULTADOS As análises indicam que o desgaste excessivo da superfície provavelmente influenciou nos valores de dureza da camada nitretada da peça. A rugosidade superficial, devido aos veios da usinagem, atrapalha as leituras das impressões feitas pela dureza HV 10, o que pode distorcer os valores de dureza superficial CONCLUSÃO Recomenda-se a revisão das especificações da carga do teste de dureza Vickers. Pois a dureza HV 1 é mais apropriada para esse caso, devido às dificuldades de se obter impressões nítidas e sem deformações com dureza HV 10. A profundidade de camada nitretada pode ser verificada a partir de um perfil de microdureza, o qual já é realizado pela Bosch, não havendo a necessidade, portanto, da dureza em HV 10, sem comprometimento do funcionamento mecânico do componente. O cuidado com a superfície das engrenagens nitretadas é muito importante, essas devem ser pouco desgastadas para facilitar a realização do teste de dureza (com lixa de baixa granulação como a de 1200 mesh), pois desgastes grosseiros prejudicam o tratamento superficial da região específica. 2.2 TRINCAS EM MATRIZ DE INJEÇÃO DE ALUMÍNIO INTRODUÇÃO O setor de Ferramentas para Injeção de Alumínio de uma empresa reportou para a NITRION DO BRASIL uma falha ocorrida com uma de suas matrizes para a injeção de alumínio, pois esta apresentou trincas prematuras na superfície após alguns meses de trabalho. Esta peça passou por tratamentos termoquímicos, realizado pela Nitrion, de nitretação iônica seguida de pós-oxidação. O cliente desconfia de que o tratamento superficial realizado possa ser a causa das trincas prematuras na matriz, pois a análise metalográfica realizada por ele indica que a mesma possui cerca de 0,28mm de camada endurecida, enquanto essa deveria

12 12 estar próxima de 0,06mm, conforme o especificado pelo cliente, o que pode ter causado uma fragilidade superficial excessiva. A peça é composta por um aço AISI H13 (norma SAE), já temperado antes da nitretação, de acordo com o cliente, o qual possui uma dureza Vickers de núcleo próxima a HV, medido após a nitretação, e com essa espera-se uma dureza superficial entre HV1, a camada endurecida pode variar de acordo com o processo OBJETIVO A partir de análises, levantar possíveis causas da falha ocorrida e identificar se os tratamentos termoquímicos realizados podem ter participação nesse problema ANÁLISE MACROGRÁFICA A partir de fotos enviadas, pode-se perceber o conjunto de trincas ocorridas na superfície da matriz. Para supor possíveis causas da falha devem ser levados em consideração as condições de trabalho da peça, o histórico de processos realizados e as características da falha. Esta é uma matriz de injeção de alumínio, portanto sabe-se que é exposta a um ciclo de temperaturas durante seu trabalho, ou seja, sofre constantes dilatações e contrações devido as variação de temperaturas ocorridas no processo. Essas constantes variações dimensionais causam danos a microestrura, que dependendo do nível e da frequência dos esforços, podemse surgir trincas de fadiga térmica. [4,5] As trincas térmicas podem ocorrer com pouco uso de uma matriz, marcando o material de forma microscópica e muitas vezes macroscópica. Também durante o processo de injeção de alumínio, o fluxo de metal ocasiona a erosão da superfície do ferramental auxilia na formação de trincas. Estas crescem continuamente durante os ciclos de trabalho tornando-se tão grosseiras que o mau aspecto da superfície do produto não seja mais aceitável ou até mesmo podem levar a matriz à fratura catastrófica.[4,5] A matriz passou pelo processo de nitretração iônica seguida de pós-oxidação. Este processo termoquímico, conforme será visto mais adiante, visa melhorar a resistência do material à fadiga térmica, com o aumento de sua dureza superficial e inserção de tensões

13 13 compressivas. Porém os parâmetros de processo são muito importantes, para que não ocorra a formação de uma camada de compostos ou zona de difusão espessa. [4, 5, 6,7] A camada branca é indesejada nesse tipo de componente porque facilita a formação de trincas na superfície, pois com o escoamento de material e agarramento do alumínio, ela pode se desprender da superfície do material e iniciar uma trinca ou favorecer também a propagação dessas, devido a sua baixa tenacidade. A zona de difusão dificilmente se desprenderá do material e possui uma tenacidade maior com relação á camada branca, porém não deve ser muito espessa pois possui uma tenacidade menor que a do núcleo é portanto favorável a propagação de trincas. [4, 5, 6,7] A foto (figura 1) possibilita a identificação das trincas encontradas na matriz. A disposição das trincas de forma radial, proporcional a dilatação térmica e região em que se encontram, confirma as suspeitas da origem por fadiga térmica. Direção de dilatação e contração térmica Trincas FIGURA 5 - Matriz onde ocorreram trincas ANÁLISE MICROGRÁFICA O cliente enviou um corpo de prova já embutido, polido e já feito o ataque químico. A amostra foi analisada no laboratório da Nitrion conforme a seguir. Através de uma análise micrográfica podem-se verificar as características da microestrutura na superfície da peça. Com o auxilio do microscópio verificou-se a existência de uma camada endurecia, que pode ser dividida em duas regiões, a zona de difusão e a Camada de compostos. Na foto a seguir (figura 2) pode-se ver a região de difusão do nitrogênio no material.. [6,7,8]

14 14 FIGURA 6 Foto retirada do microscópio óptico com resolução de 10x10 (objetiva x ocular), com ataque químico. Com uma ampliação maior comprovou-se a existência de uma região espessa de compostos (figura 3), conhecida também como camada branca. Esta é indesejável em matrizes de injeção de alumínio, por ser muito frágil e diminuir a resistência à propagação por fadiga térmica. [4,5,6,7,8] FIGURA 7 Foto retirada do microscópio óptico com resolução de 50x10 (objetiva x ocular), com ataque químico.

15 15 tabela a baixo. As medidas aproximadas da camada endurecida e da camada branca estão presentes na Média (µm) Desvio Padrão Camada Nitretada total 276,91 7,28 Camada branca 5,78 1,9 TABELA 4 Tabela com os valores mensurados com o auxílio do microscópio óptico. Próximo a superfície há regiões claras, possivelmente devido à precipitação de nitretos nos contornos de grãos (figura 4). Esses nitretos precipitados fragilizam o aço favorecendo a fadiga térmica e facilitam a propagação de trincas. Esse tipo de precipitação não é comum de ocorrer na nitretação a plasma, porém é muito comum na nitretação a gás. [6,7,8] FIGURA 8 Foto retirada do microscópio óptico com resolução de 50x10 (objetiva x ocular), com ataque químico. De acordo com a análise da microestrutura (figura 5), as trincas estão de forma perpendicular com relação á superfície, o que caracteriza uma trinca térmica. [4,5]

16 16. FIGURA 9 Fotos retiradas do microscópio óptico com resolução de 50x10 (objetiva x ocular) e 100x10 (objetiva x ocular) respectivamente, ambas com ataque químico. Na foto a seguir, sem ataque químico, comprova-se que a origem da trinca é na superfície ou próximo dela. Além disso, há diversos pontos escuros, que são poros (confirmados na microscopia por campo escuro), que facilitam a propagação e surgimento de trincas, principalmente em conjunto com as contrações térmicas sofridas pelo aço. Estes poros podem ser originados pela dissolução de nitretos ou carbonetos, devido às condições de trabalho do componente ou por tratamentos térmicos realizados em temperaturas diferentes. [4,5,6, 7, 8,9] FIGURA 10 Foto retirada do microscópio óptico com resolução de 50x10 (objetiva x ocular), sem ataque químico.

17 Dureza Vickers (HV0,3) TESTES DE DUREZA E MICRODUREZA Para verificar a dureza superficial e a profundidade da camada endurecida, foram realizados testes de dureza de topo, antes de a peça ser utilizada pelo cliente, e um perfil de microdureza Vickers, após um período de trabalho da peça e já apresentando trincas, testes estes realizados de acordo com as normas DIN EN ISO e DIN [3,10]. No teste de dureza superficial, a peça apresentou-se com uma dureza entre 1050 a 1100 HV1, dentro do esperado para o material, portanto liberada pelo controle de qualidade. O perfil de microdureza (gráfico 1) foi realizado próximo à superfície nitretada e revela a existência de aproximadamente 0,25mm de camada endurecida, considerada a dureza limite de 464 HV 0,3 (dureza do núcleo + 50), uma profundidade de camada maior do que a desejada Perfil de Microureza Camada Limite ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 Profundidade (mm) GRÁFICO 1 Perfil de dureza Vickers realizado com uma carga HV 0,3. Confirma a existência de uma camada nitretada de aproximadamente 0,25mm. Essa região endurecida mais espessa pode ter como causa alguns fatores, entre eles estão as condições de trabalho da matriz, pois devido à altas temperaturas de trabalho, ocorre a difusão de nitrogênio para o interior da peça ao longo do tempo, o que aumenta a profundidade de camada endurecida da peça. No caso de uma peça que já foi nitretada outras vezes também pode ocorrer o aumento dessa camada, pois também há a difusão do nitrogênio, que já estava presente na superfície tratada, para dentro da peça. Outras causas podem estar relacionadas ás condições do processo, como a mistura de gases, tempo e temperatura do tratamento termoquímico realizado ou um conjunto de alguns dos fatores mencionados. [4,5,6,7]

18 ANÁLISE DO PROCESSO O processo que foi realizado pela Nitrion, na matriz em questão, foi a nitretação iônica seguida de pós-oxidação. Esse tratamento de superfície permite combinar diferentes propriedades mecânicas, como tenacidade e resistência a deformação plástica, de modo a satisfazer diferentes solicitações como elevada tensão de escoamento, resistência à corrosão, desgaste e fadiga térmica, propriedades desejadas em moldes e componentes de injeção de alumínio. [4,5,6,7] Os parâmetros do tratamento por nitretação a plasma são muitos importantes, pois diferentes propriedades podem ser adquiridas de acordo com o tempo do processo, temperatura, mistura de gases, entre outros [6,7]. Alguns dos parâmetros utilizados no tratamento dessa matriz são: Tempo de nitretação de 9 horas Temperatura entre C Mistura de gases com 25% de N e 75% H (alto teor de N comparado aos processos padrões); Pressão de aproximadamente 2 mbar Pós-oxidação de 2 horas Logo, para estes parâmetros o máximo valor esperado de camada endurecida, num caso de desvio crítico seria de 0,1 mm de espessura, com camada branca na faixa de 2 a 4 micrometros, de acordo com a experiência da empresa RESULTADOS A falha ocorreu provavelmente por fadiga térmica, porém essa pode ter sido agravada por alguns possíveis fatores: A existência de uma camada branca muito espessa, maior do que a prevista pelo processo; Camada endurecida muito espessa para o tempo de tratamento e com porosidades de origem desconhecida; Nitretos Grosseiros precipitados nos contornos de grão, possível indicação de processos de nitretação anteriores; Indícios que a peça já foi tratada anteriormente;

19 19 Condições de trabalho muito severas, com variações térmicas bruscas CONCLUSÃO As providências, por parte da Nitrion, para evitar que isso se repita já foram tomadas. Hoje em dia o processo de nitretação iônica para moldes e demais componentes para injeção de alumínio sofreram algumas alterações, justamente devido a experiências práticas e artigos sobre a tecnologia. Esse tratamento especial é feito com teores menor es de nitrogênio, para evitar a formação de camada branca e precipitação de nitretos nos contornos de grão. O tempo de tratamento é menor, com o objetivo de uma camada endurecida com menor espessura e também para diminuir a probabilidade de precipitação de nitretos. Por fim é feito um aquecimento em atmosfera composta apenas por hidrogênio, para difundir o nitrogênio que se encontra na forma de compostos na superfície e reduzir ao máximo a camada branca. Terminada a nitretação é feita a pós-oxidação, que facilita o escoamento de material nas matrizes e diminui o agarramento de alumínio nos componentes. [4,5,6,7] Recomenda-se a verificação da composição química do material tratado e se as variações térmicas a qual ela é exposta não estão muito elevadas e se realmente não houve algum processo de nitretação anterior, pois estes fatores podem contribuir para a formação de trincas térmicas prematuras. 2.3 RUPTURA EM COMPONENTES DE FERRO FUNDIDO INTRODUÇÃO Uma empresa cliente, reportou para a Nitrion do Brasil uma falha ocorrida com algumas peças fundidas de um lote específico, durante a fase de montagem, após passarem pelo tratamento de nitretação iônica. As peças em questão são componentes automotivos, compostos pelo material GG25 (norma DIN 1691), especificado pelo cliente, o qual possui uma dureza de fornecimento esperada de aproximadamente HV, conforme a literatura [11], e quando nitretado deseja-se atingir uma dureza de e uma camada nitretada de 0,1-0,2 mm de espessura.

20 OBJETIVO A partir de análises verificar se a dureza superficial e camada endurecida estão dentro dos valores desejados e descobrir possíveis causadores da falha ANÁLISE MACROGRÁFICA A partir das duas peças enviadas, que apresentavam falhas semelhantes (figura 1), foram feitas análises macrográficas. A ruptura ocorreu na região da rosca do componente, parte da peça que apresenta uma parede mais fina e exposta a tensões externas ao juntar-se com outra peça. A superfície na região de ruptura é fibrosa e irregular, o que indica uma provável ruptura de caráter dúctil. Nesse tipo de ruptura podem-se ter zonas de aspecto fibroso, resultantes da formação de microcavidades que crescem e coalescem, até o rompimento completo. O início da fratura dúctil o corre na região de maior triaxilidade de tensões, ou seja, no núcleo da peça. [1] Essas tensões triaxiais podem ser causadas por propriedades relacionadas a microestrutura do material, como porosidade, grafita e inclusões existentes. [1, 9] A falta de resistência mecânica do material pode ser potencialmente causada por tensões concentradas (pequena espessura) somadas as residuais internas remanescentes nas peças devido ao processo de fabricação. Microcavidades coalescidas até ruptura, indicando que a trinca não começou na superfície. Diferentes espessuras influenciam na concentração de tensões. FIGURA 11 Região da peças onde ocorreu a ruptura, vista frontal e Superior.

21 Dureza (HV 0,3) TESTES DE DUREZA E MICRODUREZA Para verificar a dureza superficial e a profundidade da camada endurecida, foram realizados testes de dureza de topo e um perfil de dureza Vickers, de acordo com as normas já citadas [3,10]. No teste de dureza superficial, a peça apresentou-se com uma dureza entre 390 e 400 HV1, dentro do esperado para o material. O perfil de dureza (gráfico 2) foi realizado próximo à superfície nitretada e revela a existência de 0,2mm de camada endurecida, considerada a dureza limite de 165 HV 0,3 ( dureza do núcleo + 50), conforme com o objetivo. 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 Perfil de Microdureza Camada Limite 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 Profundidade (mm) GRÁFICO 2 Perfil de microdureza Vickers realizado com uma carga HV 0,3. Confirmada a existência de uma camada nitretada de aproximadamente 0,2mm ANÁLISE MICROGRÁFICA Foi retirada uma amostra de uma das peças, próxima à região da falha, para a realização da análise micrográfica. Esse corpo de prova passou pela preparação metalográfica, onde foi embutido com resina baquelite, feito o acabamento superficial realizado por lixas com granulação Mesh de 120 até a de 1200, finalizado com o polimento com pano e alumina 3μm. Após o acabamento superficial foram feitas análises antes e depois do ataque químico, realizado com nital 3%. Na foto da microestrutura sem ataque químico (figura 2) pode-se perceber a grande quantidade de carbono precipitado na forma de grafita lamelar, típico do ferro fundido cinzento. Essa grafita é um fator microestrutural com grande importância, pois quanto maior a

22 22 sua quantidade, menos resistente será o material, já que os veios de grafita não apresentam resistência mecânica significativa. [11] FIGURA 12 Foto retirada do microscópio óptico com resolução de 10x10 (objetiva x ocular), sem ataque químico. Após o ataque químico foi possível identificar alterações na microestrutura superficial devido ao tratamento de nitretação iônica (figura 3). FIGURA 13 Foto retirada do microscópio óptico com resolução de 100x10 (objetiva x ocular), com ataque químico em solução de nital 3%.

23 23 Na figura abaixo, pode-se notar no núcleo poros e grafitas, que podem ser prejudiciais à resistência mecânica da peça. Pode-se observar a formação de dendritos (gerados por causa da não homogeneidade do metal fundido somado a diferentes taxas resfriamento). Estes causam uma segregação microestrutural, frentes de solidificação que causam o fenômeno de segregação da grafita (figura 4). [12] Sinais de Crescimento dendrítico (Segregando a grafita nos contornos de grãos) FIGURA 14 Foto retirada do microscópio óptico com resolução de 10x10 (objetiva x ocular), com ataque químico em solução de nital 3%. Na realização do ataque químico, realizado em solução de nital 3%, teve-se grande dificuldade no ataque do ácido, o que pode ser mais um indicativo de grande quantidade de grafita no material. [11] ANÁLISE DOS RESULTADOS As análises não identificam qualquer variação da camada nitretada em relação a especificação do cliente. Além disso, a análise da fratura não indica que a origem seja superficial, pelo contrário, há suspeitas de que tenha iniciado no núcleo da peça. Foram identificados como possíveis contribuidores à falta de resistência mecânica das peças as tensões internas residuais do resfriamento, poros, o alto teor de grafita e estruturas dendríticas.

24 CONCLUSÃO Conclui-se que a nitretação a plasma não deve ter sido o p rincipal fator da falha ocorrida e sugere-se uma pesquisa mais afundo dos fatores mencionados no relatório, pois estes apresentam possível influência no problema ocorrido, e análises dos processos de fabricação.

25 25 3 CONCLUSÃO Com tudo o que foi exposto nesse relatório conclui-se que o estágio teve grande contribuição à formação profissional do aluno, que pode acompanhar de perto o funcionamento de uma empresa de tratamentos termoquímicos a plasma. Essa é uma etapa, sem dúvidas, muito importante para a formação profissional do estudante, que aprende a conviver em um ambiente de trabalho e tem a chance de colocar em prática a teoria vista em sala de aula e verifique as divergências existentes entre ambas. Nesse estágio aprendeu-se a importância de se conhecer o fluxo de trabalho dentro da empresa e as dificuldades encontradas e o quão importante é cada uma das etapas da realização do processo. Uma sugestão de assunto para o próximo estágio, é dar continuidade aos desenvolvimentos realizados, entre eles o aperfeiçoamento do processo de nitretação a plasma de aços inoxidáveis.

26 26 BIBLIOGRAFIA [1] Souza A. S., Ensaios Mecânicos De Materiais Metálicos, Editora Edgard Blücher LTDA, São Paulo, Brasil, [2] Van Der Voort G.F., Metallography, Principles And Practice, Mcgraw-Hill, New York, [3] Norma De Dureza DIN EN ISO [4] RIBEIRO, J.D., Avaliação Do Aço Para Trabalho A Quente H13 Propriedades Mecânicas E Fadiga Térmica, Dissertação De Mestrado Pela Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, [5] Ferreira G. E. F. - Avaliação Da Resistência À Fadiga Térmica Do Aço Aisi H13 Nitretado Pelos Processos Gasoso E Por Plasma, Dissertação De Mestrado Universidade Federal De Santa Catarina, Florianópolis, [6] ALVES, C.,Nitretação A Plasma Fundamentos E Aplicações, Unicamp, Campinas SP, [7] Ortiz P.E., Estudo Da Nitretação Por Plasma: Correlação Plasma-Superfície, Tese De Doutorado Pela Universidade Federal De Santa Catarina, Florianópolis, [8] Abdalla A.J., Tratamentos Termoquímicos A Plasma Em Aço Carbono, Artigo Publicado Na Corros. Prot. Mater., Vol.25 N 3, [9] George E. Dieter, Metalurgia Mecânica, Guanabara Dois, Rio De Janeiro, Brasil, 1981 [10] Norma DIN Parte 3: Hardness Depth Of Heat-Treated Parts; Determination Of Hardness By Nitriding [11] Chiaverini, Vicente, Aços E Ferros Fundidos, ABM, São Paulo, Brasil, [12] Campos M.P., Solidificação E Fundição De Metais E Suas Ligas, Livros Técnicos E Científicos Editora S.A., Rio De Janeiro, Brasil, Normas ABNT Consultadas: NBR_14724, 2005.

27 27 ANEXO A HISTÓRICO DA EMPRESA Histórico retirado do site da empresa

28 ANEXO B CRONOGRAMA DE ESTÁGIO 28