4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.13 Escolha do melhor recobrimento
A seleção do recobrimento que poderá ser utilizado em substituição ao Cromo duro para aplicações em aço AISI 4340 com 1950 MPa (50 HRc), é discutida em quatro critérios:
Critério de resistência à fadiga: se considerados como pior desempenho valores menores que a resistência do Cromo para 106 ciclos (475 MPa), e melhor desempenho valores maiores, em seqüencia do pior para o melhor tem-se: Ni-Cr-B-Si-Fe (450 MPa), WC-10Ni (850 MPa), Cr3C2-NiCr (850 MPa), Ni-20Cr (850 MPa), WC-CrC-Ni (900 MPa) para 106 ciclos com tratamento prévio de shot peening. Para o metal base aço AISI 4340 com 50 HRc, encontra-se neste estudo o limite de resistência à fadiga axial para R=0,1 de 935 MPa.. Do Metals Handbook tem-se que o limite de resistência à fadiga deste material é de 125 KSI para R=0,2 e 106 ciclos, equivalente a 862 MPa.
Na prática quando não se tem os valores do limite de resistência a fadiga para um recobrimento, é utilizado para fins de cálculos de solicitações dinâmicas o valor de 33% do valor da tensão de escoamento, sendo neste caso equivalente a 500 MPa.
Figura 4.11.15 – Gráfico de dispersão para comparativo dos resultados do ensaio de fadiga axial.
Ao inserir todos os resultados em um gráfico de dispersão, pode-se observar em conjunto alguns resultados:
Para o metal base, o processo de shot peening aumenta o limite de resistência à fadiga em todos os níveis de tensão, principalmente em alto ciclo. Torres estudando este mesmo material com as mesmas características mecânicas em flexão rotativa encontrou uma maior influência em médio e alto ciclo.
Todos os recobrimentos interferem de maneira negativa no limite de resistência à fadiga, principalmente em fadiga de alto ciclo. Este resultado está de acordo com os resultados encontrados por Nascimento (2001) e Voorwald (2005). O recobrimento de Ni-Cr-B-Si-Fe apresenta maior influência principalmente devido a espessura da camada maior que os outros recobrimentos. O decréscimo no limite de resistência à fadiga devido ao Cromo eletrodepositado é maior que os recobrimentos à base de HVOF. Este resultado está de acordo com resultados encontrados por Voorwald (2005).
O material base eletrodepositado com Cromo duro apresenta uma redução significativa na resistência à fadiga axial, associada à densidade de microtrincas, às altas tensões residuais internas de tração e à forte adesão da interface revestimento/substrato, que permitem o crescimento da trinca da camada atravessando a interface em direção ao material base. Souza (2002) ao ensaiar em fadiga axial o aço AISI 4340 nas mesmas características mecânicas encontra uma queda acentuada na resistência à fadiga ao comparar o revestimento de Cromo duro eletrodepositado com o material base.
O efeito na fadiga axial, de todos os revestimentos estudados no aço AISI 4340 com 50 HRC com e sem shot peening é o de reduzir a resistência à fadiga do material base. Souza ao estudar o efeito na fadiga axial, dos revestimentos de WC-10Co-4Cr no aço em 50 HRC de diferentes fabricantes, com e sem shot peening, encontrou aplicações onde considera que não há influência na resistência à fadiga do material base, enquanto que em outros considera uma influência negativa. Conclui que este desempenho pode estar relacionado às velocidades das partículas e do gás da máquina de deposição de HVOF, atingindo as tensões residuais compressivas ideais ou ótimas para recuperar a diminuição da resistência à fadiga ocasionada pela deposição de uma camada de revestimento no material base.
Para todos os recobrimentos, o processo de shot peening aumenta ligeiramente o limite de resistência a fadiga, sendo a maior influência em fadiga de alto ciclo. Este fato deve-se provavelmente à superposição das tensões residuais compressivas induzidas pelo shot peening e pelo processo HVOF no aço AISI 4340 com 50 HRc, recuperando a sua vida em fadiga, mas não suficiente para atingir a resistência a fadiga axial do metal base. Souza (2002) estudando outros recobrimentos aplicados no aço AISI 4340 com 50 HRc pelo processo HVOF, não considera uma influência significativa a aplicação do shot peening na recuperação da resistência à fadiga axial Ao aplicar-se um intervalo de segurança de 90%, pode-se chegar a mesma conclusão que Souza, ou seja, não é necessária a aplicação do SP como pré-tratamento a estes recobrimentos a base HVOF. Mas neste estudo como se trata de aplicação de recobrimentos em materiais de uso aeronáutico, é recomendável agir do lado da
segurança, mesmo com o apelo dos custos, e aplicar o pré-tratamento de shot peening em todos os recobrimentos HVOF.
Critério Desgaste: se considerados como pior desempenho os valores de desgaste maiores que o desgaste do Cromo versus bronze (disco com Cromo 0,0005 cm3 versus pino de bronze com 0,0117 cm3 em volume), e melhor desempenho valores de desgaste menores, em seqüencia do pior para o melhor tem: WC-CrC-Ni (disco com 0,0010 cm3 versus pino de bronze com 0,0164 cm3 em volume), Cr3C2-NiCr (disco com 0,0002 cm3 versus pino de bronze com 0,0098 cm3 em volume), WC-10Ni (disco com 0,0031 cm3 versus pino de bronze com 0,0095 cm3 em volume), Ni-Cr-B- Si-Fe (disco com 0,0001 cm3 versus pino de bronze com 0,0078 cm3 em volume), Ni- 20Cr (disco com 0,0002 cm3 versus pino de bronze com 0,0047 cm3 em volume).
Perda de Volume (cm3) para os seguintes pares tribológicos:
Disco Pino Disco Pino Disco Pino Disco Pino Disco Pino Disco Pino Disco Pino
Percurso (m)
Aço 4340 Bronze Aço 4340 + Cromo duro Bronze Aço 4340 + WC- CrC- Ni Bronze Aço 4340 + Cr3C2- NiCr Bronze Aço 4340 + WC- 10Ni Bronze Aço 4340 + Ni- 20Cr Bronze Aço 4340 +Ni- Cr-B- Si-Fe Bronze 250 0,0001 0,0005 0,0002 0,0022 ,0004 0,0040 0,0001 0,0012 ,0001 0,0019 ,0015 0,0000 ,0004 0,0015 750 0,0001 0,0012 0,0003 0,0050 0,0008 0,0077 0,0001 0,0040 0,0005 0,004 0,0013 0,0002 0,0001 0,0032 1.250 0,0002 0,0020 0,0004 0,0074 ,0010 0,0108 0,0002 0,0055 ,0033 0,0060 ,0010 0,0016 ,0001 0,0047 1750 0,0002 0,0029 0,0005 0,0098 ,0010 0,0138 0,0002 0,0077 ,0035 0,0079 ,0001 0,0032 ,0003 0,0064 2250 0,0002 0,0037 0,0005 0,0117 0,0010 0,0164 0,0002 0,0098 0,0031 0,0095 0,0002 0,0047 0,0001 0,0078Critério resistência a corrosão: se considerado como pior desempenho se o recobrimento resistiu menor tempo de exposição ao teste de salt-spray que o Cromo (480 horas) sem sofrer alterações superficiais, e melhor desempenho o recobrimento que resistiu maior tempo de exposição ao teste. Em seqüência do pior para o melhor tem: WC-10Ni (120 horas), Ni-Cr-B-Si-Fe (168 horas), WC-CrC-Ni (480 horas), Cr3C2-NiCr (900 horas), Ni-20Cr (1.000 horas), (vide Tabela 13).
Critério microdureza: se considerado como pior desempenho valores menores que a microdureza do Cromo (950 HV), e melhor desempenho valores maiores, em sequencia do pior para o melhor tem-se: Ni-20Cr (900 HV), Ni-Cr-B-Si-Fe (950 HV), Cr3C2-NiCr (1.150 HV), WC-CrC-Ni (1.250 HV), WC-10Ni (1.450 HV), (vide Figura 4.11.17).
Resumo de todos os critérios:
Comparando-se os desempenhos dos recobrimentos HVOF sobre o aço AISI 4340, utilizando o Cromo duro como referência, na Figura 4.11.17 foi colocado em destaque o recobrimento de Cr3C2-NiCr (em azul), e o Ni-20Cr (na cor verde), os quais superam em todos os critérios a referência, sendo tratamentos alternativos para a proteção do aço AISI 4340 com 50 HRc.
Crom
o dur
o
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0(/+25
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'(6(03(1+2
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