Estudo comparativo de aço-carbono microligado e aços-carbono ligados para fabricação de parafusos forjados a frio
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Data
2017-02
Autores
Orientador
Souza, Ricson Rocha De
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Resumo
A elevada competitividade entre as indústrias do ramo automotivo tem acelerado a busca por soluções inovadoras na fabricação de componentes mecânicos. Assim, a necessidade por produtos de qualidade associado a um baixo custo de produção tem sido o foco principal de pesquisas e desenvolvimentos. É neste cenário que os aços microligados ganham importância, pois a sua utilização pode permitir a otimização de alguns processos produtivos, reduzindo custos e diminuindo impactos ambientais. Neste trabalho buscou-se testar a utilização do aço-carbono microligado ao vanádio 30MnVS6 no processo de forjamento a frio de parafusos milimétricos, visando obter valores de resistência mecânica equivalentes aos obtidos em aços-carbono ligados, sendo que estes, tipicamente, são submetidos aos processos de têmpera e revenimento. Desta forma, amostras de parafuso sextavado M16X2,0X55 foram fabricadas, conforme a norma ISO 4014. Além de amostras em aço-carbono microligado 30MnVS6, também foram produzidos parafusos em aço-carbono ligado PL22 e PL41. No que se refere à caracterização destes materiais, a composição química foi analisada pelo ensaio de espectrometria ótica. Já as propriedades mecânicas foram investigadas pelos ensaios de tração (resistência à tração, tração oblíqua, proof load, alongamento e estricção), dureza (dureza superficial, dureza de núcleo, carbonetação e descarbonetação), charpy (resistência ao impacto) e fadiga. Também foi utilizada a técnica de microscopia ótica para a análise microestrutural dos componentes fabricados. Como resultado do estudo, a utilização do aço-carbono microligado 30MnVS6 não foi viabilizada para produção a frio de parafusos milimétricos de alta classe de resistência mecânica, isto porque as amostras não atenderam plenamente todas as especificações da norma ISO 898-1:2013 para a classe de resistência mecânica 8.8. Em compensação, em alguns casos, pode possibilitar uma redução de etapas do processo de fabricação, em função da eliminação do tratamento térmico e, portanto, de seus insumos, com um menor custo de produção.
The high competitiveness among the automotive industries has accelerated the search for innovative solutions in the manufacture of mechanical components. Thus, the need for quality products with low production cost has been the focus of researches and developments. It is on this scenario that the micro-alloyed steels gets relevant because its use could allow optimization of some production processes, reducing costs and reducing environmental impacts. This study aimed to test the use of vanadium micro alloyed carbon steel 30MnVS6 in the cold forging process of millimetric screws to obtain mechanical strength values equivalent to those obtained in related carbon steels, which are typically subjected to quenching and tempering processes. As mentioned, samples of hex head screw M16X2,0X55 were manufactured according to ISO 4014. In addition to samples in micro alloyed carbon steel 30MnVS6, pieces with carbon steel PL22 and PL41 were also produced. For characterization of these materials, the chemical composition was analyzed by optical spectrometry assay. The mechanical properties were also investigated by tensile tests (tensile strenght, tensile test under wedge loading, proof load, elongation after fracture and reduction of area after fracture), vickers hardness (surface hardness, base metal hardness, carburization and non-carburization), charpy (impact strength) and fatigue test. A optical microscopy technique for microstructural analysis of the manufactured components was also used. As a result of the study, the use of micro alloyed carbon steel 30MnVS6 was not viable to produce cold forging screws in a high mechanical strength classes, this because the samples did not met all the ISO 898-1:2013 requirements for strength class 8.8. In contrast, in some special cases, the use of micro alloyed carbon steel can reduce some manufacturing process, due to the elimination of heat treatment process and its inputs, with a lower production cost.
The high competitiveness among the automotive industries has accelerated the search for innovative solutions in the manufacture of mechanical components. Thus, the need for quality products with low production cost has been the focus of researches and developments. It is on this scenario that the micro-alloyed steels gets relevant because its use could allow optimization of some production processes, reducing costs and reducing environmental impacts. This study aimed to test the use of vanadium micro alloyed carbon steel 30MnVS6 in the cold forging process of millimetric screws to obtain mechanical strength values equivalent to those obtained in related carbon steels, which are typically subjected to quenching and tempering processes. As mentioned, samples of hex head screw M16X2,0X55 were manufactured according to ISO 4014. In addition to samples in micro alloyed carbon steel 30MnVS6, pieces with carbon steel PL22 and PL41 were also produced. For characterization of these materials, the chemical composition was analyzed by optical spectrometry assay. The mechanical properties were also investigated by tensile tests (tensile strenght, tensile test under wedge loading, proof load, elongation after fracture and reduction of area after fracture), vickers hardness (surface hardness, base metal hardness, carburization and non-carburization), charpy (impact strength) and fatigue test. A optical microscopy technique for microstructural analysis of the manufactured components was also used. As a result of the study, the use of micro alloyed carbon steel 30MnVS6 was not viable to produce cold forging screws in a high mechanical strength classes, this because the samples did not met all the ISO 898-1:2013 requirements for strength class 8.8. In contrast, in some special cases, the use of micro alloyed carbon steel can reduce some manufacturing process, due to the elimination of heat treatment process and its inputs, with a lower production cost.
Descrição
Palavras-chave
Aço; Aço-carbono; Microligado; Ligado; Redução; Custos; Forjamento; Parafusos; Ensaios; Classe; Resistência; Norma; Resultados
Citação
HASSMANN, Augusto. Estudo comparativo de aço-carbono microligado e aços-carbono ligados para fabricação de parafusos forjados a frio. 2016. Monografia (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade do Vale do Taquari - Univates, Lajeado, 08 dez. 2016. Disponível em: http://hdl.handle.net/10737/1371.