Título: INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL DO EFEITO DOS CICLOS TÉRMICOS NA CAMADA NITRETADA DE FERRAMENTAS PARA A EXTRUSÃO DE PERFIS DE ALUMÍNIO EM FORNOS DE PRÉ-AQUECIMENTO

Título alternativo: XPERIMENTAL INVESTIGATION OF THERMAL CYCLING EFFECTS IN THE NITRIDED LAYERS OF DIES USED IN THE EXTRUSION OF ALUMINIUM PROFILES AT PRE-HEATING OVENS

Autoria de: Nayara Gabrielli Borges de Alcantara

Orientação de: Iara Hernandez Rodriguez

Coorientação de: Isabele Cristina Bicalho

Presidente da banca: Iara Hernandez Rodriguez

Primeiro membro da banca: Irineu Petri Junior

Segundo membro da banca: Leonardo Pratavieira Deo

Palavras-chaves: Nitretação, ferramentas, extrusão, aço, H13

Data da defesa: 24/08/2020

Semestre letivo da defesa: 2020-1

Data da versão final: 03/09/2020

Data da publicação: 03/09/2020

Referência: Alcantara, N. G. B. d. INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL DO EFEITO DOS CICLOS TÉRMICOS NA CAMADA NITRETADA DE FERRAMENTAS PARA A EXTRUSÃO DE PERFIS DE ALUMÍNIO EM FORNOS DE PRÉ-AQUECIMENTO. 2020. 50 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2020.

Resumo: Dentre as variadas formas de fabricação nas quais o alumínio e suas ligas podem ser submetidos, destaca-se o processo de transformação termomecânica de extrusão, em que um tarugo de alumínio é reduzido em sua seção transversal quando forçado a fluir através do orifício de uma matriz, sob altas pressões e temperaturas. A fim de evitar falhas prematuras e diminuir as perdas de produção, uma etapa de pré-aquecimento dessas matrizes é essencial em um processo de extrusão moderno, mas é raramente controlado com a mesma rigidez que o resto do processo. O aço H13 nitretado, utilizado para confecção das matrizes, oxida quando aquecido por longos períodos de tempo nos fornos, perdendo dureza e propriedades da superfície da camada responsável pela sua resistência contra desgaste, fadiga, corrosão e calor. O objetivo geral deste trabalho é avaliar o efeito dos ciclos térmicos nas propriedades da camada nitretada de ferramentas de extrusão de alumínio em fornos de pré-aquecimento. Foram confeccionados corpos de prova sob mesmas condições das ferramentas de extrusão e foi realizada a caracterização do aço H13 antes e após a nitretação, avaliando-se o efeito do tempo de exposição e o uso de atmosfera protetora de nitrogênio nos fornos. Para isso, submeteram-se os corpos de prova de aço H13 nitretado a quatro ciclos de 4, 8 e 24 horas de exposição em fornos de ferramentas a 480?C sob atmosferas de ar e nitrogênio. Caracterizaram-se as amostras através do perfil de microdureza Vickers e microestrutura da camada nitretada por técnica de microscopia ótica. A composição química e dureza iniciais do aço foram avaliadas e os valores medidos se mostraram dentro das faixas especificadas, com exceção do teor de silício (0,04 abaixo do especificado). Da análise da camada nitretada, a profundidade da região nitretada e da camada branca foram de 422,25 ±11,39 ?m e 7,06 ± 3,99 ?m, respectivamente, com perfil de microdureza decaindo gradualmente ao longo da zona de difusão até a dureza do substrato, o que está de acordo com dados da literatura. Da análise do efeito do tempo de exposição nos fornos de ferramentas sob atmosfera de nitrogênio, as amostras de aço submetidas a ciclos de 24 horas nos fornos mostraram um aspecto mais escurecido, indicando uma maior oxidação superficial, e com valores de microdureza inferiores aos das amostras submetidas a ciclos de 4 e 8 horas. Não foi possível avaliar o efeito do uso de nitrogênio como atmosfera protetora devido a incapacidade de se medir a dureza superficial da camada nitretada. Conclui-se que a dureza da camada nitretada é reduzida quando as ferramentas são expostas a altas temperaturas nos fornos por tempos superiores a 8 hora. A relevância desse resultado para uma planta de extrusão é a identificação da necessidade de se reduzir esse tempo de permanência para preservar as propriedades de dureza, e, consequentemente prolongar a vida útil da ferramenta.

Abstract: Among all of the forms that aluminium and its alloys can be produced, in the thermomecanical process of the extrusion a billet is reduced in its transversal section when forced to flow through a hole in a die under high conditions of pressure and temperature. In order to avoid failures and decrease production losses, a die pre-heating system is essential in a modern extrusion process, but it is rarely controlled with the same rigor as the rest of the process. The nitrided H13 tool steel, material used in these dies, oxidizes when heated for prolonged times at the ovens, losing hardness and superficial properties of the layer responsible for resistance to wear, fatigue, corrosion and heat. The main aim of this work was evaluating the thermal cycling effects in the nitrided layer properties of the extrusion dies at preheating ovens and the specific ones were making samples at the same conditions of the extrusion dies, characterizing the H13 tool steel before and after nitriding, evaluating the effect of different times of exposure and the utilization of a nitrogen protector atmosphere in the ovens. For this purpose, the samples were exposed to four cycles of 4, 8 and 24 hours in die ovens, under the presence of nitrogen and air atmospheres. The samples were characterized through Vickers microhardness profile and optical microscopy. The chemical H13 tool steel composition and initial hardness were in accord to the standards, except for the silicon (0,04 under the tolerance). From the nitrided layer analysis, the depth of the nitrided zone and the white zone were 422,25 ±11,39 ?m and 7,06 ± 3,99 ?m, with a microhardness profile gradually decreasing along the diffusion zone up to the steel matrix, which is coherent with the literature. Regarding the effect of different times of exposure under nitrogen atmosphere, the samples exposed to 24 hours cycles showed a visual darker aspect, indicating a higher superficial oxidation and lower microhardness values than the samples which were exposed for 4 and 8 hours cycles. It wasnt possible evaluate the effect of using nitrogen as a protector atmosphere due the limitation of measuring the nitrided layer superficial hardness. It is concluded that the nitrided layer hardness decreases when extrusion dies are left in the oven for time periods longer than 8 hours and the relevance of this for an extrusion plant is the necessity of reducing the time that the dies remain under high temperatures in the ovens in order to preserve the hardness properties and, consequently, increasing their useful lives.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20201201510557

URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/44817

Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Nayara Gabrielli Borges de Alcantara e Universidade Federal de Lavras

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