Conformação do Aço SAE 1020 por Matriz a Frio, Esquemas de Gestão de Projeto

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FACULDADE DE TÉCNOLOGIA

DE SOROCABA - SP

Processos Metalúrgicos – 6° Semestre. Pedro Luiz Tescaro João Gabriel Velo Danesi PROJETO DE MATRIZ A FRIO PARA A CONFORMAÇÂO DO AÇO 8620 Sorocaba - SP 2024

PROJETO DE MATRIZ: CONFORMAÇÃO DO AÇO BAIXO CARBONO 1020

Trabalho de Este é um trabalho acadêmico sobre Siderurgia, parte do curso de Processos Metalúrgicos, submetido ao Instituto de Tecnologia da Universidade de Sorocaba, FATEC. O foco deste trabalho é o Forjamento e o Projeto de Matrizes. Professor: Doutor Nasareno das Neves. Sorocaba - SP 2024

1- INTRODUÇÃO.

O forjamento a quente é um processo de conformação de metais em que o material é aquecido a temperaturas elevadas, acima da sua temperatura de recristalização, permitindo que seja moldado com maior facilidade. Este método é amplamente utilizado na indústria para produzir peças com alta resistência mecânica e precisão dimensional, essenciais em setores como automotivo, aeroespacial e de máquinas industriais. As matrizes de forjamento a quente são componentes cruciais neste processo. Elas são ferramentas especialmente projetadas para moldar o metal aquecido em formas específicas através da aplicação de forças compressivas. As matrizes devem suportar condições extremas de temperatura e pressão, além de resistirem ao desgaste abrasivo e aos choques mecânicos repetidos durante o processo de forjamento. A eficiência e a qualidade do forjamento a quente dependem diretamente da performance das matrizes utilizadas. Uma matriz bem projetada e fabricada não só assegura a precisão dimensional e a integridade estrutural da peça forjada, mas também aumenta a produtividade e reduz os custos operacionais, minimizando a necessidade de manutenção e substituição frequente. As matrizes de forjamento a quente desempenham um papel vital na fabricação de componentes de alta qualidade. A seleção adequada dos materiais e o design preciso das matrizes são essenciais para garantir a eficiência e a longevidade do processo de forjamento, contribuindo significativamente para a competitividade e inovação na indústria de manufatura. 2- Aplicação do aço 8620: O aço 8620 é uma liga de baixa liga que contém níquel, cromo e molibdênio, conhecida por sua excelente combinação de resistência, tenacidade e capacidade de endurecimento superficial. Este aço é amplamente utilizado em diversas indústrias devido às suas propriedades versáteis. Principais Aplicações: Engrenagens : Características : Alta resistência ao desgaste e boa tenacidade. Uso : Engrenagens industriais e automotivas, onde é necessária uma superfície dura e um núcleo resistente para suportar cargas cíclicas e impactos. Eixos e Árvores de Transmissão : Características : Capacidade de suportar altas cargas de torção e impactos repetitivos. Uso : Em veículos automotivos, caminhões, maquinário agrícola e equipamentos industriais. Componentes Automotivos : Características : Boa resistência à fadiga e dureza superficial após cementação. Uso : Bielas, virabrequins e outras peças críticas que requerem alta durabilidade e confiabilidade. Ferramentas e Componentes de Máquinas : Características : Alta tenacidade e resistência ao desgaste.

Uso : Ferramentas manuais, moldes e matrizes (em aplicações menos exigentes), componentes de máquinas pesadas e industriais. Pinos e Parafusos de Alta Resistência : Características : Resistência ao desgaste e capacidade de endurecimento superficial. Uso : Pinos de articulação, parafusos de alta resistência e fixadores utilizados em condições severas. Componentes de Transmissão : Características : Excelente tenacidade e resistência ao impacto. Uso : Componentes de transmissão em sistemas industriais, onde a confiabilidade e a resistência a cargas dinâmicas são essenciais. Indústria de Petróleo e Gás : Características : Boa resistência à corrosão e desgaste. Uso : Componentes de perfuração e produção de petróleo, incluindo válvulas, acoplamentos e ferramentas de fundo de poço. Propriedades Mecânicas e Tratamento Térmico: Cementação : Aço 8620 é frequentemente cementado para obter uma superfície dura (até 60 HRC) e um núcleo tenaz, ideal para componentes sujeitos a desgaste e impacto. Tratamento Térmico : Pode ser temperado e revenido para ajustar a dureza e tenacidade conforme a aplicação específica. Vantagens do Aço 8620: Alta Tenacidade : Capaz de absorver impactos sem fraturar. Versatilidade : Adequado para uma ampla gama de aplicações industriais. Boa Usinabilidade : Fácil de trabalhar antes do tratamento térmico. Capacidade de Endurecimento Superficial : Prolonga a vida útil das peças. 3- Composição Química Do Aço 8620. O aço 8620 é uma liga de baixa liga com uma composição química que inclui níquel, cromo e molibdênio. A composição típica do aço 8620 é a seguinte:  Carbono (C) : 0,18-0,23%  Manganês (Mn) : 0,70-0,90%  Cromo (Cr) : 0,40-0,60%  Níquel (Ni) : 0,40-0,70%  Molibdênio (Mo) : 0,15-0,25%  Fósforo (P) : Máximo 0,035%  Enxofre (S) : Máximo 0,040%  Silício (Si) : 0,15-0,35% 4- Propriedades Físicas.

Durante o processo de recristalização, o metal é aquecido a uma temperatura próxima da sua temperatura de recristalização, que é a temperatura na qual a energia de ativação para a migração de átomos se torna suficientemente baixa para permitir a reorganização dos grãos do metal. Neste ponto, novos grãos com uma estrutura cristalina mais equilibrada e com menos discordâncias começam a se formar, substituindo os grãos deformados. A recristalização é um processo importante para restaurar as propriedades mecânicas do metal, como a ductilidade e a resistência, após a deformação plástica. Além disso, ela também ajuda a reduzir a textura e as tensões residuais no material, melhorando sua homogeneidade e estabilidade dimensional. Este processo é amplamente utilizado na indústria para produzir materiais com propriedades mecânicas controladas e uniformes. 7- Lubrificação da matriz. Para o processo de conformação a frio, é crucial o uso de lubrificantes adequados para as matrizes. Aqui estão algumas opções comuns: Óleos de Estampagem: Líquidos aplicados diretamente nas superfícies das matrizes e do material. Reduzem o atrito, facilitando a deformação e prolongando a vida útil das ferramentas. Graxas: Semelhantes aos óleos de estampagem, mas com consistência mais espessa. Aplicadas em áreas de alta pressão ou desgaste das matrizes, oferecem proteção e lubrificação. Lubrificantes Sólidos: Como grafite ou bissulfeto de molibdênio, reduzem o atrito entre as superfícies de contato. Aplicados na forma de pós ou películas sobre as matrizes e o material de trabalho. Lubrificação a Seco : Utiliza lubrificantes sólidos, como pós ou filmes secos, para reduzir o atrito e melhorar o desempenho das matrizes. Útil em situações onde líquidos são indesejáveis. A escolha do lubrificante depende do material, do processo, das condições de trabalho e dos requisitos de acabamento. É essencial selecionar um lubrificante que ofereça a lubrificação necessária, ao mesmo tempo em que atende aos padrões de qualidade e segurança do processo de fabricação 8- Aço SAE 1020. O aço SAE 1020 é uma liga de aço carbono, caracterizada por sua composição química específica. Aqui estão algumas informações sobre o aço SAE 1020: Composição Química: O aço SAE 1020 é composto principalmente por ferro (Fe), carbono (C), manganês (Mn), fósforo (P) e enxofre (S). Sua composição típica pode variar, mas geralmente possui cerca de 0,18% a 0,23% de carbono e 0,30% a 0,60% de manganês. Usos Comuns: Devido às suas propriedades mecânicas e à facilidade de usinagem, o aço SAE 1020 é frequentemente utilizado em uma variedade de aplicações industriais, como na fabricação de peças forjadas, componentes de máquinas, eixos, engrenagens, parafusos, porcas e outros

elementos de fixação. Tratamentos Térmicos: O aço SAE 1020 pode ser submetido a tratamentos térmicos para melhorar suas propriedades mecânicas, como têmpera e revenido. No entanto, devido à sua baixa concentração de carbono, não é adequado para endurecimento por têmpera, mas pode ser melhorado em dureza e resistência por meio de processos como normalização e recozimento. Em resumo, o aço SAE 1020 é uma liga de aço carbono comumente usada na indústria devido à sua usinabilidade, soldabilidade e boa combinação de resistência e ductilidade 9- Recozimento do aço carbono. O recozimento do aço SAE 1020 é um processo térmico utilizado para alterar suas propriedades mecânicas e estruturais, tornando-o mais maleável e facilitando sua usinagem, conformação ou soldagem. O recozimento geralmente consiste em três etapas principais: aquecimento, manutenção da temperatura e resfriamento controlado. O objetivo do recozimento do aço SAE 1020 é eliminar as tensões internas, tornar o material mais maleável e facilitar processos subsequentes, como usinagem, conformação mecânica ou soldagem. O resultado final é um material mais homogêneo, com propriedades mecânicas e estruturais mais adequadas às necessidades específicas de cada aplicação. É possível recozer totalmente este material usando temperaturas entre 871-982°C seguindo-se a um resfriamento bem lento. Normalmente o aço 1020 ficará com 65 ksi de resistência mecânica. Um alívio de tensão pode seguir, se necessário, a 538°C. 10- Propriedades do aço 1020. Propriedades Mecânicas: O aço SAE 1020 possui boas propriedades mecânicas, incluindo uma boa combinação de resistência e ductilidade. Geralmente, é considerado um aço de baixa resistência, adequado para aplicações onde a resistência não é o principal requisito, mas a usinabilidade e a soldabilidade são importantes, algumas propriedades estão citadas abaixo: Resistência à tração: O aço SAE 1020 possui uma resistência à tração típica de aproximadamente 390 MPa (56,565 psi). Isso significa que é capaz de resistir a forças de tração antes de se romper. Limite de elasticidade: O limite de elasticidade do aço SAE 1020 é aproximadamente 205 MPa (29,732 psi), indicando a carga máxima que o material pode suportar antes de sofrer deformação plástica permanente. Ductilidade: O aço SAE 1020 é altamente ductil, o que significa que pode sofrer deformações consideráveis antes de se romper. Isso o torna adequado para processos de conformação e estampagem. Tenacidade: O aço SAE 1020 exibe boa tenacidade, o que significa que pode absorver energia

 MASSA: 8369,73 g  VOLUME: 61768,61mm³ Devido a baixa dureza encontrata em torno de 30% em alguma secções e em outras secções acima de 60 , se recomenda fazer o teste de tração , para avaliar se a peça necessitara de mais um processo ou se ela terá totais condições, para ser repassada para a produção. Após o forjamento a frio, o processo de usinagem em aço de baixo carbono 1020 envolve a remoção de material em peças conformadas anteriormente. O aço 1020 de baixo carbono é conhecido por sua facilidade de usinagem e conformabilidade, sendo amplamente utilizado em aplicações diversas. Embora o forjamento a frio possa proporcionar geometrias aproximadas, é comum que as peças ainda exijam operações adicionais de usinagem para alcançar dimensões finais precisas, tolerâncias específicas e o acabamento superficial desejado. Além disso, durante a usinagem, é realizada a remoção do ponto de fluência do material, resultante da deformação do metal durante o forjamento, assim como a eliminação de rebarbas. 15-CONCLUSÃO A conformação do aço 1020 por meio de uma matriz a frio representa um processo essencial na fabricação de componentes metálicos. Ao longo deste texto, exploramos as características do aço 1020, suas propriedades mecânicas e sua aplicação na indústria. Concluímos que a utilização de matrizes a frio é fundamental para dar forma ao aço 1020 de maneira precisa e eficiente. Esse processo permite a produção de peças com geometrias complexas e tolerâncias dimensionais rigorosas, sem a necessidade de aquecimento significativo do material. Além disso, destacamos a importância da seleção adequada dos materiais para a fabricação das matrizes, visando garantir durabilidade, resistência ao desgaste e precisão dimensional. Em resumo, a conformação do aço 1020 por uma matriz a frio oferece uma solução eficaz para a fabricação de componentes metálicos de alta qualidade, atendendo às exigentes demandas da indústria moderna. 16 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SOURCE BOOK ON COLD FORMING, ASM International, 1.975. J. BILLIGMANN e H.D. FELDMANN, ESTAMPADO Y PRENSADO A MÁQUINA, 2a. EDIÇÃO, ED. REVERTÉ, 1.979.

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COZZA, Ronaldo Câmara. Estudo da obtenção do Regime Permanente de Desgaste em ensaios de desgaste micro-abrasivo por esfera rotativa conduzidos em corpos-de-prova de WC-Co P20 e aço-ferramenta M2. Matéria (Rio de Janeiro), v. 23, p. e-11986, 2018. RODRIGUES, Luciano Monteiro et al. Estudo da microestrutura e da microdureza dos aços 1020 e

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