Desgaste erosivo em dois tipos de aços ferramenta utilizados em moldes e matrizes

- ovjetivo do trabalho: desgaste erosivo em dois tipos de aço ferramenta utilizados em moldes e matrizes, as quais são formados machos de areia de sílica para uma fundição automotiva.

- Machos de areia são usados em moldes semipermanentes ou completamente moldados em areia de sílica. Machos de areia são essenciais no processo de fundição e estes geram complexas geometrias ou cavidades, que poderia ser difícil de obter pela usinagem. Processo de fabricação dos machos é relativamente simples, onde a sílica e resina fenólica são misturadas e sopradas dentro de um molde devido a pressão do ar, um gas catalítico é injetado para promover a reação para aumentar a rigidez do macho de areia sendo facilmente removido da caixa de macho.

- O impacto da areia de sílica no interior da caixa de macho produz desgaste erosivo. O desgaste erosivo é causa quando partículas de um fluido chocam uma superfície solida resultando na perda de material pela deformação e processo de corte. Desgaste erosivo envolve vários fatores, alguns desses são característicos da partícula como o tamanho, formato e dureza, propriedades do material como a dureza e a microestrutura, e condições do fluxo como o ângulo de impacto, velocidade da partícula e tipo de fluido. Todos esses fatores diretamente influenciam mecanismos de desgaste e modificam o processo de perda de material a partir da superfície erodida. Duas diferenças principais nos mecanismos de desgaste, chamam-se comportamento dúctil e frágil. No comportamento dúctil, a maior perda de massa é observada com o ângulo de impacto entre 20 a 30 graus, enquanto o comportamento frágil é maior a 90 graus. Os dois mecanismos podem estar presentes na mesma amostra.

- Uma das maiores preocupações das fundições automotivas é a manutenção das caixas de macho. Quando a caixa de macho é desgasta, alguns produtos podem ser aplicados para reusa-las, o melhor conhecimento do processo de desgaste promove uma melhoria na vida da caixa de macho. O maior objetivo do presente estudo é determinar a taxa de desgaste erosivo e os mecanismos de desgaste erosivo nos dois tipos de ferramentas tratadas termicamente. O tipo de equipamento desenvolvido para testar os materiais é baseado nos parâmetros usados em plantas de fundição e em algumas literaturas.

- Materiais: a metodologia seguida para avaliar o mecanismo de desgaste erosivo em aços H13 e P20 consistem de testar o diferente ângulo de impacto da areia. Foi usada uma taxa de areia de 2,5 g/s em todos os testes e cada teste foi desenvolvimento com 1000 g de areia de sílica. Os corpos de prova tinha dimensão 100 mm x 50 mm x 5 mm; Os corpos de prova foram tratados termicamente, temperados e revenidos, TABELA 2 são os valores das diferentes durezas obtidas. A amostra H13 é esferoidizada e a P20 teve sua superfície tratada por carburização. O acabamento superficial foi feito pela usinagem com condições semelhantes para o H13. A amostra do aço P20 foi lixada em lixa 120, 320, 400, 600 e 800. A rugosidades inicial foi medida usando um medido de rugosidade digital e a distancia scaneada foi 10 mm ao longo da direção do impacto. Areia de morfologia subangular tendo tamanho de grão entre 150 e 450 micrometros foram utilizadas

- Testes erosivos: A maquina de testes erosivos foi desenvolvida para ter 2 silos e um sistema com diferentes configurações angulares entre 10 a 90 graus. No silo superior uma quantidades especifica de areia foi depositada para cada teste e o silo foi selado para aumentar a pressão do ar. A areia foi injetada através de um bico injetor localizado no silo inferior da maquina e a areia é diretamente chocada na amostra a qual foi previamente anexado o ângulo de deflexão. As dimensões do bico são 100 mm de comprimento e 5 mm de diâmetro interno, permitindo um impacto uniforme do fluxo de partículas erodentes. O bico injetor foi fabricado usando aço H13 revenido e foi trocada depois de um ciclo de 20 testes. A distancia de impacto entre o bico e a amostra foi 50 mm. As amostrar foram testadas com ângulos de 20, 30, 40, 60, 75 e 90 graus com referencia no ângulo entre o eixo do bico injetor e a supercies da espécime. Três testes foram rodados para cada valor de dureza e a média dos resultados foi usada para os gráficos de erosão. Os testes foram realizados com 0,69 e 1,38 bar de pressão de ar seco mantendo constante a pressão durante o tempo do teste, sensores de pressão foram localizados dentro do silo para monitorar a pressão do teste. A taxa de erosão foi calculada como a perda de material pela massa de partícula erodente de acordo com a formula, FORMULA.

- Resultados e discussões: - Inspeção visual: Quando as partículas erosivas com ângulos crescendo entre 20 a 90 graus a área prejudicada é diminuída. A área desgastada fica localizada quando os ângulos são entre 60 e 90 graus devido ao espalhamento reduzido. Ao contrário fluxos divergentes causam prejuízos entre 20 e 40 graus de ângulo de impacto

- Resultados e discussões: - Erosion rate: Quando uma pressão de 0,69 bar foi usada nos testes com o H13, a dureza não teve um efeito significativo na resistência a erosão, se o ângulo de impacto entre 20 e 40 graus no qual o aço tratado termicamente foi colidido pelas partículas de oxido de sílica com ângulo de impacto de 20 graus mostrando a mesma resistência a erosão. A média da taxa de erosão foi 1,4 x10-4 g/g a 20 graus de impacto e seu valor não mudou significativamente quando o mesmo aço foi testado com diferentes durezas. Quando a partícula de areia se choca na superfície da peça, esta se encrua como consequência da deformação plástica. No entanto, se a dureza aumenta a ductilidade diminui. Baixa ductilidade reduz a deformação plástica e assim o material é facilmente removido. O encruamento produzido em materiais mais moles mantem a taxa de erosão constantes a 20, 30 e 40 graus no ângulo de impacto, porque a interação da partícula de areia apenas com uma camada endurecida, mesmo com a condição esferoidizada no qual o endurecimento alcançado deve ser o suficiente no estado estável e equivalente para condições de dureza para H13-1F (581 HV). No mais, quando aumenta a dureza a taxa de erosão aumenta, enquanto o teste são desenvolvidos entre 60 e 90 graus do ângulo de impacto. A taxa de erosão testada a 90 graus de impacto são 0,8x10-4 e 1,4x10-4 g/g, respectivamente, para as amostras com valores de dureza entre 196 HV e 581 HV. Para baixos valores de dureza comportamento dúctil é observado, quando para altos valores de dureza, a transição dúctil-fragil é presente. Esta transição não é bem explicada nas amostrar de H13. No aço P20 a transição entre dúctil-fragil se dá entre 303 HV e 640 HV. A taxa de transição é máxima quando as partículas de erosão no H13 estão a 40 graus. No caso do