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Abstract:
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Ferramentais de ferros fundidos nodulares usados na estampagem automotiva operam sob condições severas, com alto número de ciclos, elevadas pressões de contato e desgaste acelerado, devido ao baixo desempenho mecânico superficial desses materiais. Com a introdução de aços avançados de alta resistência, esses desafios se intensificaram. Para enfrentar essas exigências, os ferramentais precisam apresentar alta resistência à adesão e abrasão, além de excelente qualidade superficial. Nesse cenário, técnicas de endurecimento superficial surgem como soluções eficazes, aumentando a resistência ao desgaste por meio de tratamentos termoquímicos. A nitretação, realizada entre 500 e 550 °C, difunde nitrogênio na superfície do material, criando uma camada endurecida sem necessidade de austenitização, o que resulta em mínima distorção e ótimo controle dimensional. Entre os métodos disponíveis, a nitretação a plasma se destaca por ser ambientalmente amigável, consumir menos gases e gerar superfícies com menor rugosidade, espessura de camada uniforme e menor deformação, superando métodos tradicionais como a nitretação gasosa e o revestimento de cromo duro. Este trabalho propõe desenvolver um conjunto de parâmetros otimizados para a nitretação a plasma de ferros fundidos usados em moldes automotivos. A proposta contempla: (1) o desenvolvimento do processo para o ferro fundido nodular, atualmente utilizado, e seu estudo no ferro fundido cinzento, o que pode gerar uma economia de R$ 2 a 7/kg de material, buscando atender ao requisito de formação de uma camada de compostos de 10 µm exigida pela indústria; (2) desenvolver um processo de limpeza a plasma para remoção de resíduos orgânicos e inorgânicos; e (3) avaliar tribologicamente as condições estudadas.
Os resultados demonstraram a eficácia da rotina de limpeza a plasma na remoção completa de óxidos severos e óleos de estampagem, viabilizando a integração da limpeza e da nitretação em um ciclo único e contínuo. A otimização paramétrica revelou que o tratamento a 550 °C por 8 horas é suficiente para consolidar a camada de compostos de 10 µm em ambos os ferros fundidos. Ademais, o controle do tempo de residência permitiu uma redução de até 95% no consumo de gases de processo, atestando a viabilidade econômica e sustentável da técnica. Na avaliação tribológica, simulada por ensaios de cilindros cruzados, comprovou-se que o desgaste adesivo severo (galling) inicia-se preferencialmente nas descontinuidades geométricas formadas pelas grafitas. Constatou-se, portanto, que o controle rigoroso da topografia superficial pré e pós-tratamento é o fator determinante não apenas para maximizar a difusão e a espessura da camada, mas principalmente para mitigar a adesão do zinco durante a operação. |
