Aços de alto desempenho para forjamento

Lucio Roberto C. Vatutin Tavares

Nesta matéria, são discutidas algumas das principais características necessárias para se ter uma matéria-prima adequada para o processo de forjamento (frio, morno ou quente), com alguns destaques especiais na fabricação do aço, controles e inspeções de processo e produtos, que são os principais responsáveis pelos bons resultados de uma matéria-prima apta para o processo de transformação secundária.

A Forjaria está em constante evolução e hoje conta com apoio de tecnologias de simulações tridimensionais, utilizando softwares como Abaqus, QForm, Deform etc. Isso facilita o entendimento do comportamento do ferramental, da matéria-prima e das características do produto final.

Seguimos essa linha de evolução contínua, com produtos adequados para qualquer tipo de transformação, seja para forjamento, trefilação, extrusão, laminação etc., fornecendo fios-máquina ou barras em diversos comprimentos, que vão desde blanks/bolachas de 8 mm até comprimentos de 12 metros, proporcionando soluções e ganhos de produtividades para os nossos clientes.

A fabricação de um aço apto para forjaria é feita basicamente em dois tipos de usina: integrada e semi-integrada. Na primeira, o aço é fabricado desde a redução do minério de ferro, já na segunda, ele é fabricado a partir de sucatas metálicas devidamente selecionadas.

Lingotamento contínuo

Um fator bastante controlado nos aços destinados à forjaria é a segregação, cuja qualidade pode ser melhorada com o uso de agitadores eletromagnéticos, que induzem um campo magnético que resulta num fluxo rotacional durante o vazamento do aço líquido na etapa de lingotamento contínuo.

Os agitadores eletromagnéticos levam ainda outros benefícios aos produtos, como a eliminação e geração de poros, controle dimensional (romboidade e abaulamento), melhorias na qualidade superficial, pin-holes etc.

Lingotamento contínuo, com destaque para agitadores eletromagnéticos e válvula submersa para proteger o aço líquido no molde.

A quantidade de agitadores eletromagnéticos depende da seção de saída das lingoteiras. Podem ser colocados no molde (M-SEM) e/ou no meio raio (S-SEM). Em alguns casos também são colocados no final do comprimento metalúrgico (F-SEM). Não se deve superdimensionar a quantidade de agitadores ou do campo magnético, sob o risco de gerar segregação reversa.

Outra importante variável é que o jato de metal líquido entre o distribuidor e o molde seja protegido, para evitar a reoxidação do aço em contato com a atmosfera, e que possa gerar problemas de qualidade no produto final, como o nível de micro e macro inclusões.

Utilizando os recursos das usinas mundiais, temos lingoteiras com dimensionamento adequado para promover uma excelente taxa de compactação no produto laminado.

Esmerilhamento

Realizado logo após a fabricação dos tarugos oriundos do lingotamento, consiste no desbaste da superfície do tarugo, removendo carepas grosseiras, região colunar ou trincas geradas na solidificação do metal líquido, evitando que esses defeitos sejam impressos ou transferidos para o material durante a laminação a quente.

Laminação a quente

Processo realizado acima da temperatura de recristalização. Para um melhor desempenho na conformação do produto são utilizadas cadeiras horizontais e verticais que geram formas pré-estabelecidas, sendo a mais comum a oval-redonda.

Inspeções

É necessário um acompanhamento mais aprimorado dos materiais destinados à forjaria além da segregação, composição química, microestrutura, propriedades mecânicas etc. Aqui apresentamos os quatro principais ensaios relacionados à matéria-prima:

  • Eddy Current: também chamados de Correntes Parasitas ou Correntes de Foucault, avaliam defeitos superficiais. Usualmente feitos em dois equipamentos conjuntos: um realiza a leitura de defeitos longitudinais (Circograph) e o outro a leitura transversal (Defectomat). A profundidade ou extensão do defeito é indicada pelo tempo que a corrente leva para percorrer a região analisada.
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Esboço da leitura de defeitos superficiais por Eddy Current, onde os picos na linha vermelha representam o defeito encontrado no material.

 

  • Partículas Magnéticas: também utilizado para avaliar defeitos superficiais, baseia-se na geração de um fluxo magnético que percorre toda a superfície do material ensaiado. Por se tratar de barras, é comum utilizar o recurso por meio úmido, onde a barra é envolvida por um filme contendo solução de partículas ferromagnéticas, que se aglomeram quando há um campo de fuga do magnetismo aplicado. Essa região indica se o material tem algum problema como trincas, facilmente observáveis quando o material é exposto à luz negra ou ultravioleta.
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Ilustração da detecção de defeitos por partículas magnéticas.

  • Ensaio de Recalque: utilizado em matéria-prima com bitola inferior a 30 mm e destinado à indústria de fixadores. O teste baseia-se em um pequeno corpo de prova do material, aplicado a compressão a uma altura predeterminada. Dentre as diversas avaliações possíveis do ensaio, pode-se checar eventuais descontinuidades superficiais na matéria-prima, que impactem no desempenho da mesma.

Ilustração de ensaio de recalque.

  • Ultrassom: utilizado para identificar defeitos internos como, por exemplo, vazios, trincas ou inclusões grosseiras. Uma onda de som ultrassônica de pulso-ecoante é enviada através do material e, no caso de haver algum defeito interno, o mesmo atuará como um obstáculo e desenvolverá parcialmente a onda. Essa informação é capturada pelo sistema informatizado, que indicará o tamanho e a localização do defeito interno.

Tipos de aço

Temos uma ampla gama de aços carbono ligados e não-ligados em nosso portfólio, com produtos adequados para forjamento a quente, morno ou frio, atendendo as normas SAE, ABNT, DIN etc.

Na forjaria é comum o consumo de aços com requisitos de temperabilidade garantida, onde se utilizam pequenos ajustes na composição química para garantir que o produto final tenha a dureza esperada. Este requisito é identificado pelo sufixo H nos aços SAE/ABNT como, por exemplo, SAE 1045H, SAE 4140H etc.

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Comparativo de dois aços de uma mesma família com variação de temperabilidade.

A dureza pode ser avaliada conforme a curva Jominy de cada tipo de aço. Veja na Figura 5 a diferença das curvas obtidas em ensaios com materiais SAE 4140 padrão e SAE 4140H.

Barras com comprimentos predeterminados e corte/blanks

Entre as soluções que auxiliam as forjarias na competitividade está a possibilidade de fornecer barras com comprimentos predeterminados, que evitam perdas por sobra. É possível enviar em comprimentos múltiplos diretamente do laminado a quente, ou então, agregando serviços de cortes com comprimentos a partir de 8 mm, em bolachas ou blanks.

Conclusão

Fornecemos aços de alto desempenho para forjaria, com equipe técnica especializada para o desenvolvimento de produtos e serviços de pós-vendas. Algumas vantagens precisam ser consideradas como, por exemplo, a utilização das capacidades mundiais das nossas usinas para a produção de aços especiais, que vão desde os Superclean até soluções avançadas e personalizadas para um ótimo desempenho no processo de forjaria. Como benefício, muitos destes aços já são homologados em diversas indústrias, principalmente a automotiva.

Sobre o autor

Lucio Roberto C. Vatutin Tavares é engenheiro metalurgista e especialista de produtos da ArcelorMittal Longos Brasil.

Referências bibliográficas

  • Soares, Isaac Rosa – Simulação por elementos finitos na etapa de desbaste na laminação de longos, 2010
  • Catálogos e apostilas internas da ArcelorMittal
  • Catálogo Forester – Eddy Current Testing

7 comentários de “Aços de alto desempenho para forjamento

  1. Gilmar Luiz Bavaresco
    18 de fevereiro de 2016 às 23:52

    Muito interessante a explanação do assunto

    • ArcelorMittal
      26 de fevereiro de 2016 às 18:07

      Por aqui nós vamos falar de vários assuntos sobre o aço, Gilmar. É só seguir acompanhando o Blog ArcelorMittal. :)

  2. valdomiro ferreira de oliveira
    19 de fevereiro de 2016 às 00:43

    Muito bom essa abordagem técnica de produtos de aço, como sempre trabalhei no ramo do aço achei muito interessante a matéria.

    • ArcelorMittal
      26 de fevereiro de 2016 às 18:09

      Ficamos felizes em saber que você gostou, Valdomiro. Aqui no Blog ArcelorMittal, vamos falar sobre o aço e seus produtos. Fique ligado! 😉

  3. valdomiro ferreira de oliveira
    19 de fevereiro de 2016 às 00:46

    Achei boa a publicação dessa matéria, porque sempre trabalhei no ramo do aço e sempre é útil e bem vinda esse tipo de informação.

  4. Mauro Souza
    20 de fevereiro de 2016 às 01:21

    Excelente matéria, só fiquei na dúvida em relação aos aços 4140 e 4140H. Qual foi o fator determinante para o ganho na dureza do 4140H mostrado pelo Jominy?

  5. Paulo
    25 de fevereiro de 2016 às 23:59

    Também achei boa a publicação, principalmente sobre processo e análises. É a mesma coisa para chapas?

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