{"id":953,"date":"2021-03-05T15:56:31","date_gmt":"2021-03-05T18:56:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.grefortec.com.br\/?p=953"},"modified":"2023-01-10T18:43:11","modified_gmt":"2023-01-10T18:43:11","slug":"estudo-da-influencia-da-ferrita-delta-em-parafusos-tratados-termicamente-na-resistencia-ao-torque","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/site2022.grefortec.com.br\/index.php\/estudo-da-influencia-da-ferrita-delta-em-parafusos-tratados-termicamente-na-resistencia-ao-torque\/","title":{"rendered":"Estudo da Influ\u00eancia da Ferrita Delta em Parafusos Tratados Termicamente na Resist\u00eancia ao Torque"},"content":{"rendered":"
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Leandro Jos\u00e9 de Almeida , Fernando Suzumura Kawata, Rafael Neves de Almeida, Lucelio Siqueira \u2013 Meritor. O processo de Fabrica\u00e7\u00e3o do parafuso tem como fluxo ap\u00f3s vergalh\u00e3o trefilado na usina, a conforma\u00e7\u00e3o mec\u00e2nica em dois est\u00e1gios, sendo cabe\u00e7a e corpo, assim como a regi\u00e3o da rosca sendo conformada por usinagem, o processo num todo tamb\u00e9m consistena utiliza\u00e7\u00e3o do fosfato de mangan\u00eas para auxiliar no processo de conforma\u00e7\u00e3o, desde o processo de trefila\u00e7\u00e3o dos vergalh\u00f5es na Usina at\u00e9 o processo de conforma\u00e7\u00e3o final dos parafusos. Para que os parafusos consigam atingir a resist\u00eancia necess\u00e1ria para suportar carregamentos de tor\u00e7\u00e3o, impacto e tra\u00e7\u00e3o se faz necess\u00e1rio o tratamento t\u00e9rmico de Tempera e Revenimento. Antes do parafuso entrar no forno de Tratamento T\u00e9rmico \u00e9 extremamente importante que ocorra a desfosfatiza\u00e7\u00e3o, para garantir que o F\u00f3sforo residual presente na superf\u00edcie do parafuso n\u00e3o difunda para o interior da pe\u00e7a e forme uma fase rica em F\u00f3sforo, com baixa resist\u00eancia denominada Ferrita Delta. Com esse trabalho poderemos concluir se realmente a fase Ferrita Delta reduz a vida em fadiga com an\u00e1lise da Curva S-N e reduz tamb\u00e9m a resist\u00eancia ao torque. A fase Ferrita Delta n\u00e3o somente \u00e9 caracterizada pela an\u00e1lise microsc\u00f3pica, como tamb\u00e9m no MEV via EDS com a comprova\u00e7\u00e3o do elemento F\u00f3sforo, com isso vamos expor o parafuso a concentra\u00e7\u00f5es diferentes de fosfato de mangan\u00eas em um mesmo tempo de forno na tempera e tamb\u00e9m com tempos de forno nsa temperas distintos em uma mesma concentra\u00e7\u00e3o de fosfato de mangan\u00eas. Assim vamos entender qual a vari\u00e1vel que mais difunde a Ferrita Delta e ap\u00f3s essa constata\u00e7\u00e3o, estudar n\u00e3o somente a fragiliza\u00e7\u00e3o devido a fase Ferrita Delta, mais tamb\u00e9m a rela\u00e7\u00e3o de percentual\/profundidade de Difus\u00e3o de Ferrita Delta X resist\u00eancia ao Torque.<\/p>\n\n\n\n

Sabemos que uma falha de componentes em ve\u00edculos pode originar um risco potencial ao condutor sofrer um acidente, para o pr\u00f3prio condutor ou terceiros. Parafusos para tal aplica\u00e7\u00e3o requer alta resist\u00eancia quando utilizados em diferenciais de caminh\u00f5es, e sofrem altas solicita\u00e7\u00f5es mec\u00e2nicas, que se faz necess\u00e1rio processos de fabrica\u00e7\u00e3o especialmente para obten\u00e7\u00e3o de propriedades para que possam suportar esses esfor\u00e7os, aumentando sua resist\u00eancia ao torque e a fadiga. Hist\u00f3ricos de falha de campo e linha mostram que o problema que tais parafusos apresentavam uma camada branca na superf\u00edcie, camada com grande dureza e fragilidade. Analisando essa camada se concluiu que ela surgiu em fun\u00e7\u00e3o da presen\u00e7a residual de f\u00f3sforo proveniente do processo de fosfatiza\u00e7\u00e3o de mangan\u00eas, difundindo no a\u00e7o durante o tratamento t\u00e9rmico de tempera. A fosfatiza\u00e7\u00e3o de mangan\u00eas \u00e9 necess\u00e1rio, pois serve de ancoradouro agindo como um lubrificantes e outros redutores de atrito, facilitando assim, o processo de conforma\u00e7\u00e3o mec\u00e2nica a frio de trefila\u00e7\u00e3o entre outros. Se expormos o parafuso no fosfato de mangan\u00eas, haver\u00e1 a forma\u00e7\u00e3o da fase fr\u00e1gil conforme Cioto et al. (2008), respons\u00e1vel pela falha prematura do parafuso quando observada em campo ou em processo de linha de montagem. Com o j\u00e1 dito, objetivo deste Artigo \u00e9 mostrar o efeito prejudicial da Ferrita Delta quando em solicita\u00e7\u00e3o mec\u00e2nica, mostrando sua influ\u00eancia quando relacionado ao limite de resist\u00eancia ao Torque em fun\u00e7\u00e3o do percentual e\/ou volume de Ferrita Delta.<\/p>\n\n\n\n

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Refer\u00eancia Bibliogr\u00e1fica Durante o processo de conforma\u00e7\u00e3o mec\u00e2nica algumas vari\u00e1veis s\u00e3o de extrema import\u00e2ncia, podemos considerar o Ishikawa para entender essas vari\u00e1veis, algumas est\u00e3o ligadas ao processo, como lubrifica\u00e7\u00e3o, assim como tamb\u00e9m \u00e0queles relacionados ao material como \u00e0 qualidade da mat\u00e9ria prima, por exemplo, microestrutura do a\u00e7o a ser conformado, propriedades mec\u00e2nicas, etc. Se o material n\u00e3o estiver adequado a aplica\u00e7\u00e3o, isso pode levar a problemas como nuclea\u00e7\u00e3o e propaga\u00e7\u00e3o de trincas, redu\u00e7\u00e3o de vida \u00fatil e fragiliza\u00e7\u00e3o no parafuso. Os processos de trefila\u00e7\u00e3o de vergalh\u00f5es, extrus\u00e3o a frio, forjamento a frio, etc. Estas opera\u00e7\u00f5es que envolvem deforma\u00e7\u00e3o a frio, em uma condi\u00e7\u00e3o em que a transfer\u00eancia de calor e massa seja baixa, faz com que estas opera\u00e7\u00f5es requerem uma boa lubrifica\u00e7\u00e3o da superf\u00edcie a ser deformada, sendo poss\u00edvel atrav\u00e9s da aplica\u00e7\u00e3o do fosfato na usina seguido da adi\u00e7\u00e3o de sab\u00e3o em processos de extrus\u00e3o e trefila\u00e7\u00e3o. Sab\u00f5es de trefila s\u00e3o reativos de estearatos alcalinos transformam a camada de fosfato de zinco em um estearato de zinco de alto poder lubrificante que adere \u00e0 superf\u00edcie. O fluxo de conforma\u00e7\u00e3o mec\u00e2nica consiste de forjamento a frio e lamina\u00e7\u00e3o de rosca, o parafuso estudado \u00e9 de classe de dureza superiores a 22HRC e portanto, necessitam de serem submetidos ao tratamento t\u00e9rmico de t\u00eampera resfriada em \u00f3leo e revenimento ao ar, por\u00e9m, quando exposto ao fosfato e se obtiver res\u00edduos de fosfato, o material ap\u00f3s tempera acarretar\u00e1 a forma\u00e7\u00e3o da fase delta (ferrita delta, Fe3P ou fosfeto de ferro), como mostrado na figura X, caracterizada como uma camada branca. Em temperatura pr\u00f3xima de 723\u00b0C e durante a austenitiza\u00e7\u00e3o, o f\u00f3sforo residual presente na pe\u00e7a conformada pode difundir para o interior do metal, formando essa fase fr\u00e1gil rica em f\u00f3sforo. Em processos de fabrica\u00e7\u00e3o de parafusos, para evitar a forma\u00e7\u00e3o da camada branca \u00e9 recomendada a remo\u00e7\u00e3o do fosfato com um tratamento de desfosfatiza\u00e7\u00e3o (desengraxante alcalino) antes do tratamento t\u00e9rmico de t\u00eampera, principalmente em atmosferas descontroladas. A fase estudada rica em f\u00f3sforo difundida na superf\u00edcie dos parafusos, apresenta alta dureza, por volta 45 HRC, com profundidades variadas, quanto mais res\u00edduo maior a difus\u00e3o e uniformidade da camada, reduzindo assim a resist\u00eancia ao torque e a fadiga. Materiais e M\u00e9todos Inicialmente utilizamos parafusos classe 12.9 na liga SAE 4140, onde fizemos a exposi\u00e7\u00e3o dos mesmos em banho de fosfato em diferentes concentra\u00e7\u00f5es. Tratamento T\u00e9rmico A tempera do material foi realizada com resfriamento em \u00f3leo para analisar microscopicamente a rela\u00e7\u00e3o do tempo de exposi\u00e7\u00e3o do fosfato X percentual e\/ou profundidade de difus\u00e3o da Ferrita Delta. Temperamos as pe\u00e7as conforme Diagrama abaixo, por\u00e9m, dentro do faixa de transforma\u00e7\u00e3o de Ferrita Delta.<\/p>\n\n\n\n

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Para o processo de Tempera e Revenimento, utilizamos um forno tipo Mufla. An\u00e1lises Microsc\u00f3picas das Amostras de 1 a 6 minutos de Exposi\u00e7\u00e3o em Banho de Fosfato de Mangan\u00eas Para as an\u00e1lises metalogr\u00e1ficas, fizemos a prepara\u00e7\u00e3o do corpo de prova com corte em cut of, seccionando o parafuso longitudinalmente, embutimento com termofixo baquelite em embutidora, desbaste em lixa #120, #400, #600, polimento em politriz com pasta de diamante e ataque qu\u00edmico com nital 2 a 5%. Para caracteriza\u00e7\u00e3o da microestrutura, utilizamos um microsc\u00f3pio \u00f3tico Olympus, com objetiva de 50X e ocular 10X (500X). Observado presen\u00e7a de Ferrita Delta uniforme e dispersa na Superf\u00edcie do material, ataque nital 2%, estrutura Martens\u00edtica, aumento 500X (Fig. 4). Observado presen\u00e7a de Ferrita Delta dispersa, por\u00e9m de forma mais uniforme na Superf\u00edcie do material, ataque nital 2%, estrutura Martens\u00edtica, aumento 500X (Fig. 5). Observado presen\u00e7a de Ferrita Delta dispersa, por\u00e9m de forma mais uniforme na Superf\u00edcie do material, ataque nital 2%, estrutura Martens\u00edtica, aumento 500X (Fig. 6). Observado presen\u00e7a de Ferrita Delta dispersa, por\u00e9m de forma mais uniforme na Superf\u00edcie do material, ataque nital 2%, estrutura Martens\u00edtica, aumento 500X (Fig. 7) Observado presen\u00e7a de Ferrita Delta dispersa, por\u00e9m de forma mais uniforme na Superf\u00edcie do material, ataque nital 2%, estrutura Martens\u00edtica, aumento 500X (Fig. 8). Dureza encontrada nos testes, conforme Curva de Gauss (Gr\u00e1fico 3, 4, 5, 6 e Fig. 9) Teste Mec\u00e2nico Ap\u00f3s expor os parafusos em tempos diferentes de fosfato de 1 a 6 minutos e tratar termicamente para a difus\u00e3o da Ferrita Delta, testamos o torque.<\/p>\n\n\n\n

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Analisamos no MEV a camada de Ferrita Delta para comprova\u00e7\u00e3o da difus\u00e3o do fosforo, mostrando que se trata realmente da Ferrita Delta e n\u00e3o de uma descarboneta\u00e7\u00e3o. Conclus\u00e3o Os teste iniciais mostraram que existe uma redu\u00e7\u00e3o de resist\u00eancia ao torque quando exposto a tempos de fosfato maiores, ou seja, quanto mais uniforme a camada difundida a resist\u00eancia ao torque tende a cair. A resist\u00eancia quando comparado entre 1 e 5 minutos caiu 56%, mudando tamb\u00e9m a curva de escoamento. Observamos tamb\u00e9m que existe um limite m\u00e1ximo de difus\u00e3o do fosfato, acima de 5 minutos provavelmente a difus\u00e3o se mantenha e a tend\u00eancia seja a mesma na rela\u00e7\u00e3o ao torque, se tornando um ponto de satura\u00e7\u00e3o da Ferrita Delta difundida no parafuso.<\/p>\n\n\n\n

Futuros: Para trabalhos futuros sugerimos fazer um comparativo, por\u00e9m, indo mais a fundos nas propriedades mec\u00e2nicas, avaliando tamb\u00e9m, o limite de resist\u00eancia a tra\u00e7\u00e3o e a vida em fadiga.<\/p>\n\n\n\n

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Refer\u00eancias<\/strong> [1] CALLISTER, W.D. Materials science and engineering an introduction. 7thed. New York: John Wiley, 2007. p.290-300. [2] CIOTO, R.; COLLARES, A.R.; ZUFFO, C.H. The Effect of delta ferrita on the fatigue behavior of high resistance threaded fastener. Warrendale: SAE, 2008. (Paper SAE 2008-36-0063E). [3] FORSYTH, P.J.E. A Two stage process of fatigue crack growth. In: CRACK PROPAGATION SYMPOSIUM, 1961, Cranfield. Proceedings\u2026 Cranfield: Cranfield College of Aeronautics, 1961. v.1, p.76-94. [4] PANOSSIAN, Z. Fosfatiza\u00e7\u00e3o dos metais ferrosos. S\u00e3o Paulo: ABM, 2007. p.50- 80. [5] COLPAERT, H.; COSTA, A.L.S. Metalografia dos produtos sider\u00fargicos comuns. 4.ed. S\u00e3o Paulo: Edgard Bl\u00fccher, 2008. p.409-416. [6] SURESH, S. Fatigue of materials. Cambridge: Cambridge University Press,<\/em><\/p>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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