Pesquisadora do IPT estuda fenômeno que pode diminuir a vida útil de ferramentas da indústria mecânica

Investigação sobre as causas e efeitos da fadiga térmica em ferramentas auxilia indústria.

A conformação, processo no qual se obtém peças de metal através da compressão do material sólidos em moldes, é um dos procedimentos mais importantes na indústria mecânica para a criação de produtos diversos. Com o objetivo de aumentar a compreensão de fenômenos que danificam as ferramentas utilizadas nesse processo, a pesquisadora Ana Paola Villalva Braga, do Laboratório de Processos Metalúrgicos do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), estudou a propagação de trincas causadas por fadiga térmica em alguns desses materiais.

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”. 

A pesquisa utilizou ensaios com aplicação de tensões térmicas a corpos de prova que simulavam ferramentas utilizadas na conformação a quente. 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. 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. 

Fonte: IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas