Tempera Superficial a Laser em Aços Ferramenta Dissertacao ... ?· viviane writzl influÊncia dos parÂmetros…

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    14-Nov-2018

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  • UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARANPR

    UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN

    CAMPUS DE CURITIBA

    DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PS-GRADUAO

    PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

    E DE MATERIAIS - PPGEM

    VIVIANE WRITZL

    INFLUNCIA DOS PARMETROS DA TMPERA

    SUPERFICIAL A LASER POR DIODO NA

    MICROESTRUTURA DOS AOS FERRAMENTA

    PARA TRABALHO A FRIO

    CURITIBA

    SETEMBRO - 2011

  • VIVIANE WRITZL

    INFLUNCIA DOS PARMETROS DA TMPERA

    SUPERFICIAL A LASER POR DIODO NA

    MICROESTRUTURA DOS AOS FERRAMENTA

    PARA TRABALHO A FRIO

    Dissertao apresentada como requisito parcial

    obteno do ttulo de Mestre em Engenharia,

    do Programa de Ps-Graduao em

    Engenharia Mecnica e de Materiais, rea de

    Concentrao em Engenharia de Materiais, do

    Departamento de Pesquisa e Ps-Graduao,

    do Campus de Curitiba, da UTFPR.

    Orientador: Paulo Csar Borges, Ph.D.

    Co-orientador: Giuseppe Pintade, Dr.

    CURITIBA

    SETEMBRO - 2011

  • TERMO DE APROVAO

    VIVIANE WRITZL

    INFLUNCIA DOS PARMETROS DA TMPERA

    SUPERFICIAL A LASER POR DIODO NA

    MICROESTRUTURA DOS AOS FERRAMENTA

    PARA TRABALHO A FRIO

    Esta Dissertao foi julgada para a obteno do ttulo de mestre em engenharia,

    rea de concentrao em engenharia de materiais, e aprovada em sua forma final

    pelo Programa de Ps-graduao em Engenharia Mecnica e de Materiais.

    _________________________________ Prof. Paulo Csar Borges, Ph.D.

    Orientador

    Banca Examinadora

    ______________________________ ______________________________ Prof. Hlio Goldenstein, Ph.D. Prof. Milton S. F. de Lima, Ph.D. (USP) (ITA / IEAv)

    ______________________________ Prof. Mrcio Mafra, Dr.

    (UTFPR)

    Curitiba, 22 de setembro de 2011

  • iv

    AGRADECIMENTOS

    Primeiramente gostaria de agradecer a Deus pela realizao deste trabalho.

    A empresa COMP por ter permitido e incentivado esta pesquisa, aos diretores Sr.

    Renato, Sr. Celso, Sr. Mertens e Sr. Alexandre. Ao programador Argeo pela

    realizao dos experimentos e trocas de experincias.

    Ao meu orientador Paulo Csar Borges, primeiramente pelos conhecimentos na rea

    de Materiais e por ter me proporcionado desafios crescentes. Tambm agradeo a

    pacincia e por ter se tornado um grande amigo no decorrer deste trabalho.

    Ao meu co-orientador Giuseppe Pintade pelo apoio na realizao dos experimentos

    e direcionamento da pesquisa.

    Ao professor e amigo Jlio Klein Neves por ter me dado coragem de iniciar este

    trabalho, e muitas vezes ter me ajudado nas dificuldades que surgiram.

    As queridas Sabrina e Lethcia (estagirias do laboratrio de materiais) e ao Alexandre

    (tcnico do laboratrio) pela disponibilidade na preparao das amostras e pela

    amizade construda.

    A Alba da empresa Bosch pelos ensaios de Difrao de Raios-X.

    A Villares Metals pelo envio do material para a pesquisa.

    A empresa Brasimoldes, Sr. Bernado, pela preparao dos corpos de prova.

    A empresa Spectroscan, prof. Lucio e Angela pela contribuio no trabalho.

    A professora Maria Cindra da UFF pela disponibilidade e ateno para a realizao

    dos ensaios de tenso residual, e a Rede de Materiais, TMEC da Petrobrs que

    cedeu o equipamento ao Laboratrio de Anlise de Tenses da Escola de

    Engenharia da UFF.

    A UTFPR pela oportunidade de conhecimento e crescimento.

    Ao CNPQ pelo incentivo nesta pesquisa.

    Finalmente, um agradecimento especial para minha famlia, pela confiana e

    ateno em mim depositada.

  • v

    Investir em conhecimento rende sempre

    os melhores juros

    BENJAMIN FRANKLIN

  • vi

    VIVIANE WRITZL, influncia dos parmetros da tmpera superficial a laser por

    diodo na microestrutura dos aos ferramenta para trabalho a frio, 2011,

    Dissertao (Mestrado em Engenharia) - Programa de Ps-graduao em

    Engenharia Mecnica e de Materiais, Universidade Tecnolgica Federal do Paran,

    Curitiba, 2011.

    RESUMO

    A engenharia de superfcies tem como objetivo melhorar o desempenho

    dos materiais por meio de modificaes superficiais. As modificaes

    superficiais podem ser realizadas por meio de aplicao de revestimentos ou

    por tratamentos trmicos ou termoqumicos. Neste trabalho a modificao da

    superfcie obtida pela tmpera superficial a laser por diodo, que consiste na

    aplicao de um feixe de laser com alta potncia sobre a superfcie do

    material, para alcanar em segundos a temperatura de austenitizao

    selecionada em uma fina camada. Com a remoo do feixe de laser, o elevado

    gradiente trmico gerado entre a camada e o ncleo produz a autotmpera,

    transformando a microestrutura da superfcie de austenita para martensita.

    Dentre as vantagens da utilizao dos HPDLs (Lasers por diodo de alta

    potncia) na tmpera superficial podemos citar: maior absoro da radiao

    emitida pelo feixe do laser nos materiais ferrosos; melhor controle dos

    parmetros do processo; alm de uma vantagem exclusiva que a

    possibilidade de realizar tmpera em regies localizadas e de difcil acesso

    atravs do controle CNC. Este trabalho analisou o efeito da temperatura de

    austenitizao e da velocidade de processamento da tmpera superficial a

    laser por diodo na microestrutura dos aos ferramenta para trabalho a frio

    VF800AT, VD2 e o VC131 (Villares Metals). So apresentados resultados

    referente a dureza superficial, a profundidade de endurecimento, as tenses

    residuais, a frao de austenita retida e os tipos de microestrutura

    correspondentes, permitindo assim, identificar as condies que propiciam os

    melhores resultados para cada um dos aos.

    Palavras-chave: HPDLs, tmpera superficial, aos ferramenta.

  • vii

    VIVIANE WRITZL, influncia dos parmetros da tmpera superficial a laser por

    diodo microestrutura dos aos ferramenta para trabalho a frio, 2011,

    Dissertao (Mestrado em Engenharia) - Programa de Ps-graduao em

    Engenharia Mecnica e de Materiais, Universidade Tecnolgica Federal do Paran,

    Curitiba, 2011.

    ABSTRACT

    The surface engineering aims to improve the performance of materials by

    means of surface modifications. The surface modifications can be achieved by

    applying coatings or by means of thermal or thermochemical treatments. In

    this study the surface modification is obtained by the surface hardening using

    laser diode, which consists in to apply a high-power beam on the material

    surface to achieve in seconds the austenitizing temperature selected in a thin

    layer. As the laser beam is removed, the high thermal gradient generated

    between the layer and the bulk produces a self-quenching, i.e., transforming

    the surface microstructure from austenite to martensite. The advantages of

    High Power Diode Lasers (HPDLs) for the surface hardening are: a higher

    absorption of radiation emitted by the laser beam in ferrous materials, better

    control of parameters the process, besides a exclusive advantage that is the

    possibility of hardening in localized regions of difficult accessing, through the

    CNC control. This study analyzed the effect of austenitizing temperature and

    the processing speed of surface hardening by laser diode on the

    microstructure of tool steels for cold working VF800AT, VD2 and VC131

    (Villares Metals). Results are presented concerning the surface microhardness,

    depth of hardening, residual stresses, the fraction of retained austenite and the

    corresponding types of microstructure, thus, identify the conditions that

    provide the best results for each of the steels.

    Keywords: HPDLs, surface hardening, tool steels.

  • viii

    SUMRIO

    RESUMO.................................................................................................................... vi

    ABSTRACT ............................................................................................................... vii

    LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... x

    LISTA DE TABELAS ................................................................................................ xvi

    LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ...................................................................xvii

    LISTA DE SMBOLOS ............................................................................................. xviii

    1 INTRODUO .................................................................................................... 19 1.1 Objetivo Geral ............................................................................................................................ 21 1.2 Objetivos Secundrios .............................................................................................................. 21

    2 REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................... 22 2.1 Laser .......................................................................................................................................... 22

    2.1.1 Tipos de Laser .................................................................................................................. 24 2.1.2 Coeficiente de Reflectividade e Absortividade .................................................................. 26 2.1.3 Processos de Materiais a Laser .