O Desafio de Manutenção

Gestão da Manutenção

DESAFIO: Estudo de caso: Engrenagens Ferramenta / Massa

Grupo: Brunela Brunetti, Gabriel Facini, David Pessoa, Pedro Henrique Ferreira, Luiza Bessa, Izabel Zandonadi, João Victor Rodrigues.

2023

1. Na fabricação de engrenagens, alguns elementos químicos podem ser adicionados intencionalmente para melhorar as propriedades do material, como resistência ao desgaste, dureza e tenacidade. Vamos considerar os elementos químicos cromo (Cr), carbono (C), manganês (Mn) e molibdênio (Mo) em relação à sua distribuição entre o núcleo e a superfície da engrenagem:

• Cromo (Cr): O cromo é frequentemente adicionado como elemento de liga em aços para melhorar a resistência à corrosão e ao desgaste. Em uma engrenagem, espera-se que o cromo esteja presente em concentrações mais significativas no núcleo do material, uma vez que sua principal função é melhorar as propriedades mecânicas e de desgaste da engrenagem.
• Carbono (C): O carbono desempenha um papel crucial na formação de aço, fornecendo dureza e resistência. O carbono geralmente está presente em maior concentração no núcleo da engrenagem, pois é um elemento fundamental para a formação da estrutura do aço.
• Manganês (Mn): O manganês é frequentemente adicionado como elemento de liga em aços para melhorar a usinabilidade, a resistência à tração e a temperabilidade. A distribuição do manganês pode variar, mas geralmente está presente tanto no núcleo quanto na superfície da engrenagem, dependendo da composição e do processo de fabricação utilizados.
• Molibdênio (Mo): O molibdênio é frequentemente adicionado como elemento de liga em aços para melhorar a resistência ao desgaste, a resistência à fadiga e a temperabilidade. Assim como o manganês, o molibdênio pode estar presente tanto no núcleo quanto na superfície da engrenagem, dependendo das necessidades de projeto e das propriedades desejadas.

No entanto, em geral, espera-se que o cromo e o carbono estejam presentes em maior concentração no núcleo, enquanto o manganês e o molibdênio podem estar presentes tanto no núcleo quanto na superfície, dependendo das necessidades de desempenho.

Análise completa> O excesso de carboneto de ferro pode causar tensões e levar à formação de trincas entre o núcleo e a superfície de uma engrenagem. O núcleo da engrenagem possui menor teor de carbono, principalmente composto por ferrita, enquanto a superfície contém carbonetos. Embora os carbonetos melhorem a durabilidade, eles podem gerar diferenças de elementos e trincas na região de transição entre o núcleo e a superfície. Essas trincas ocorrem devido à expansão das placas de carboneto, que possuem estrutura e propriedades diferentes da ferrita e são mais frágeis.

2.1) Após um tratamento térmico de uma engrenagem, é possível que ocorra um aumento do teor de carbono na superfície do material. Isso pode acontecer principalmente se a engrenagem passar por um processo chamado de cementação ou endurecimento superficial.

A cementação é um tratamento térmico em que a engrenagem é exposta a uma atmosfera rica em carbono, como uma mistura de gás metano e hidrogênio, em altas temperaturas. Durante esse processo, o carbono na atmosfera penetra na superfície do material da engrenagem através da difusão, formando uma camada rica em carbono.

Essa camada superficial enriquecida com carbono é chamada de "camada endurecida" ou "camada cementada". Ela proporciona uma superfície mais dura e resistente ao desgaste, enquanto o núcleo do material permanece mais macio e tenaz. Essa diferença de dureza é desejável em engrenagens, pois combina a resistência à fadiga do núcleo com a resistência ao desgaste da camada endurecida.

Portanto, o aumento do teor de carbono na superfície da engrenagem após a cementação é uma consequência direta do tratamento térmico aplicado, que tem como objetivo melhorar as propriedades mecânicas e de desgaste da engrenagem.

2.2) A cementação é um processo específico e intencional, realizado de forma preventiva para melhorar as propriedades superficiais das peças, como engrenagens, aumentando sua resistência ao desgaste e prolongando sua vida útil.

• Tensões residuais: Durante o processo de tratamento térmico, como a cementação, podem surgir tensões residuais na engrenagem. Se essas tensões não forem adequadamente aliviadas ou se a engrenagem for submetida a cargas ou condições operacionais severas, as trincas podem se desenvolver devido ao acúmulo de tensões.
• Variação na microestrutura: O processo de cementação cria uma diferença na microestrutura entre a camada cementada e o núcleo da engrenagem. Essa variação na estrutura e nas propriedades mecânicas pode levar à formação de trincas, especialmente nas regiões de transição entre as diferentes camadas.
• Falhas no processo de fabricação: Problemas durante o processo de fabricação, como má qualidade do material, falhas no controle de temperatura ou tempo de tratamento térmico inadequado, podem contribuir para a formação de trincas na engrenagem.
• Sobrecarga ou condições operacionais adversas: Se a engrenagem for submetida a cargas excessivas, sobrecargas repentinas ou condições operacionais severas, as trincas podem se desenvolver devido à tensão adicional imposta ao material.
• Fatores ambientais: Ambientes corrosivos ou presença de substâncias químicas agressivas podem afetar a integridade da superfície da engrenagem, tornando-a mais propensa a trincas.

2.3) Pode ser uma falha especificação ao aço do material, pode ter ocorrido uma escolha indevida da engrenagem para o processo analisado ou, em uma outra hipótese, pela falha de comunicação entre os setores de PCP e Manutenção, a peça foi usada por mais tempo que deveria.

Existem várias falhas no processo de fabricação que podem levar à formação de trincas em engrenagens durante o seu uso. Algumas das principais falhas incluem:

• Falta de controle de qualidade durante a produção: Se não forem aplicados procedimentos adequados de controle de qualidade durante a fabricação das engrenagens, falhas e defeitos podem passar despercebidos. Isso pode incluir problemas como inclusões de impurezas, segregação de elementos químicos, porosidade ou microestrutura inadequada, que podem se tornar pontos de início de trincas durante o uso da engrenagem.
• Má seleção do material: A escolha inadequada do material para a fabricação da engrenagem pode resultar em problemas de resistência e durabilidade. Se o material não for adequado para as condições de carga e temperatura de operação da engrenagem, ele pode ser mais suscetível a trincas e falhas prematuras.
• Tratamento térmico inadequado: O tratamento térmico desempenha um papel crítico na qualidade e nas propriedades do material da engrenagem. Se o tratamento térmico, como a cementação, não for realizado corretamente, isso pode resultar em variações na dureza, tensões residuais excessivas ou microestrutura inadequada. Essas condições podem levar ao surgimento de trincas durante o uso da engrenagem.
• Má usinagem ou acabamento superficial: Processos de usinagem ou acabamento superficial inadequados podem resultar em irregularidades na superfície da engrenagem, como ranhuras, sulcos ou estrias. Essas irregularidades podem servir como pontos de concentração de tensões, o que aumenta o risco de trincas se desenvolverem nessas áreas.
• Falta de lubrificação adequada: A falta de lubrificação adequada entre as superfícies de contato das engrenagens pode aumentar o atrito e o desgaste, levando a um aumento das tensões e à formação de trincas.

3)

3.1) RELATÓRIO DE GESTÃO DA MANUTENÇÃO - Análise do Dente de Engrenagens em um Processo de Cementação e Trinca

1. Introdução

Este relatório tem como objetivo apresentar a análise realizada nos dentes de engrenagens submetidas a um processo de cementação, com foco na química do núcleo e superfície, bem como no perfil de dureza. Além disso, será discutida a ocorrência de trincas na engrenagem após o tratamento térmico.