Potencial da tecnologia de surface alloying assistida por plasma para melhoria da superfície de ferros fundidos aplicados a ferramentais do setor automotivo

Abstract

O aumento da durabilidade de ferramentais automotivos, aliado à redução de custos de fabricação, é determinante para a competitividade do setor, sobretudo diante do uso crescente de aços de alta resistência na estampagem. Nesse contexto, o ferro fundido cinzento destaca-se como alternativa economicamente viável à fabricação de matrizes, por seu baixo custo e boa usinabilidade, ainda que limitado pela baixa resistência ao desgaste e pela adesão insuficiente de revestimentos duros. Este trabalho investiga a tecnologia de surface alloying assistida por plasma como estratégia para superar tais limitações, por meio da incorporação controlada de elementos de liga, visando camadas de superfície com maior densificação, dureza e estabilidade mecânica. A metodologia envolveu a seleção dos elementos de liga via matriz de decisão técnico-metalúrgica, uma etapa prévia de descarbonetação para reduzir a barreira difusiva da grafita lamelar, e ensaios de surface alloying em reator de plasma, com foco na avaliação do efeito da temperatura (800 ºC - 1000 ºC) e da composição do alvo (Ni 200 e AISI H13). Propôs-se também combinar o processo a etapas de nitretação a plasma (550 ºC) e acabamento de superfície (SiC #2000, pasta de diamante 6 µm), visando aumentar dureza e resistência ao desgaste. Os resultados indicam que a temperatura é determinante no mecanismo de incorporação dos elementos: a 1000 ºC predominam mecanismos difusivos, com zonas modificadas mais extensas com cerca de 25 μm; a 800 ºC observa-se maior retenção na superfície, próxima da deposição, com valores de 80 wt.% Ni. O alvo de níquel gerou camadas homogêneas em ambas as temperaturas, mas com baixa contribuição à nitretação, dada sua menor afinidade por nitretos estáveis. Já o alvo AISI H13, combinado a polimento intermediário e nitretação, apresentou os maiores valores de dureza, atingindo cerca de 1150 HV e superando a referência nitretada. Assim, foi possível alcançar resultados que validam a tecnologia e permitem a redução de custos no desenvolvimento de materiais, contribuindo ao avanço da engenharia de superfície. O estudo integra o projeto Núcleo de Competências em Engenharia de Superfícies para Ferramentais do Setor Automotivo, voltado a soluções tecnológicas competitivas para a ferramentaria automotiva brasileira.