Realização: IES parceiras:
TÍTULO: REAPROVEITAMENTO DO AÇO SAE 5160 PARA FABRICAÇÃO DE FACAS ARTESANAIS CATEGORIA: CONCLUÍDO
ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA SUBÁREA: Engenharias
INSTITUIÇÃO: CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ - UNIARAXÁ AUTOR(ES): MAIC BARBOSA GALVÃO
ORIENTADOR(ES): ANA FLAVIA PINHEIRO DE CAMPOS, FABIO EVERTON BERTALINI
1. RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo demonstrar a possibilidade de
reaproveitamento de aço e metais sucateados, encontrados geralmente em ferros velhos automotivos e industriais. Tais materiais como aços e metais podem ser cem por cento aproveitados no segmento da cutelaria. Visando reduzir custos com a obtenção de matérias primas. Através de um estudo de caso este trabalho mostra os processos de fabricação de uma faca artesanal por desbaste em aço SAE 5160 sucateado. Esse é um bom exemplo de empreendedorismo orientado à
sustentabilidade, pois contribui com uma parcela na prevenção do meio ambiente, reduzindo a extração de minério, emissão de gases, redução de áreas degradadas e preservação da biodiversidade. Esses são alguns dos fatores que podemos
considerar importantes e sobretudo muito relevantes. O processo produtivo da faca salienta todos os pontos de fabricação e processos utilizados. Os resultados
mostraram que devido aos métodos específicos utilizados nos tratamentos térmicos, conseguimos uma lâmina com maior resistência, ergonomia propícia ao usuário, fluidez, boa retenção de corte e sobretudo com qualidade idêntica a uma faca produzida com aço virgem.
2. INTRODUÇÃO
O aço é o produto mais reciclável e reaproveitado do mundo. Quando finda sua vida útil, todos os produtos tornam-se sucatas que podem retornam aos fornos das usinas para a produção de aço com a mesma qualidade (IBS, 2010). O setor de produção do aço tem seu olhar voltado para o desenvolvimento sustentável,
priorizando o uso racional de recursos naturais e insumos, evitando desperdícios de energia e de água e adotando tecnologias que permitem reduzir seus impactos sobre o meio ambiente. Os recursos naturais são materiais provenientes da
natureza, os quais possuem renovação em longas escalas de tempo. Isto significa que estes recursos não são capazes de se reproduzir na mesma velocidade em que são consumidos pelo ser humano e em alguns casos estes não são renováveis, ou seja, suas fontes são finitas e a escassez de certos componentes na natureza já faz parte da realidade do nosso ecossistema. Um benefício da reutilização e reciclagem do aço é reduzir ou mesmo evitar a extração e o beneficiamento do minério. A redução da atividade mineradora é algo muito relevante, pois ela causa impactos irreversíveis ao meio ambiente, entre eles: destruição da vegetação da área ao redor, poluição de rios com produtos químicos usados na extração, poluição do ar com a queima do mercúrio usado na extração de vários tipos de minério, evasão da fauna da área de extração, risco de rompimento de barragens, risco de
contaminação da população que vive nos arredores, poluição sonora.
Com base nessas afirmações o presente trabalho se torna justificado, pois se trata de um estudo sobre a viabilidade do reaproveitamento de aço mola na construção de facas artesanais. Contribuindo de maneira direta com o meio ambiente e
trazendo novas possibilidades de empreendimentos no setor de cutelaria de maneira
sustentável. Dessa maneira será realizado um estudo, com o intuito de analisar os processos de reaproveitamento e também de construção de uma faca de aço sucateado.
3. PROBLEMA DE PESQUISA
Quais os processos necessários para o reaproveitamento do aço 5160 na construção de facas artesanais e quais os impactos causados.
4. OBJETIVO GERAL
4.1 Analisar os impactos e os processos necessários para o reaproveitamento do aço 5160 na fabricação de facas artesanais.
5. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
5.1 Conceituar aço e apresentar as principais características do aço 5160 e suas aplicações
5.2 Definir os processos para a construção de uma faca artesanal por desbaste 5.3 Identificar os benefícios do reaproveitamento do aço
6. METODOLOGIA
A metodologia usada para a coleta de informações deste trabalho foi realizada através do estudo de caso, na qual se utilizou registro direto. Pois foi acompanhado e registrado todo processo de fabricação de uma faca artesanal reutilizando aço que se encontrava sucateado.
A abordagem de estudo de caso não é um método propriamente dito, mas uma estratégia de pesquisa (HARTLEY, 1994), que “pode ser utilizada de modo exploratório (visando levantar questões e hipóteses para futuros estudos, por meio de dados qualitativos), descritivo (buscando associações entre variáveis, normalmente com evidencia de caráter quantitativo) e, mesmo, explanatório” (ROESCH, 1995, p.156).
Para a elaboração desse trabalho foi realizada pesquisa bibliográfica a partir de sites, livros, artigos, vídeos e blogs, a fim de coletar informações a cerca do assunto.
Salienta-se que existem poucas referências sobre o tema pesquisado.
O processo de construção da faca foi registrado através de fotos e vídeos durante todo processo. Os dados foram analisados qualitativamente de modo a destacar todos os aspectos construtivos.
7. DESENVOLVIMENTO
7.1 AÇO
O aço é uma liga metálica formada principalmente de ferro e carbono, possui maior aplicação que o próprio ferro e pode ser usado para produzir outras ligas.
Em geral, o que chamamos de ferro, é, na verdade, aço. O ferro não tem resistência mecânica e é usado em grades, portões, e guarda-corpos decorativos em que se aproveita a plasticidade do material, trabalhando no estado líquido, permitindo a moldagem de desenhos ricamente detalhados. Já o aço, é empregado quando a responsabilidade estrutural entra em jogo. A fronteira entre o ferro e o aço foi definida na Revolução Industrial, com a invenção de fornos que permitiam não só corrigir as impurezas do ferro, como adicionar-lhes propriedades como resistência ao desgaste, ao impacto, à corrosão, etc. Por causa dessas propriedades e do seu baixo custo o aço passou a representar cerca de 90% de todos os metais
consumidos pela civilização industrial.
7.2 PRODUÇÃO DO AÇO
O carvão exerce duplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permite alcançar altas temperaturas (cerca de 1.500º Celsius) necessárias à fusão do minério. Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério com a alta temperatura, deixando livre o ferro. O processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao carbono chama-se redução e ocorre dentro de um equipamento chamado alto forno. Antes de serem levados ao alto forno, o minério e o carvão são previamente preparados para melhoria do rendimento e economia do processo. O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção do coque, dele se obtendo ainda subprodutos carboquímicos. No processo de redução, o ferro se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica e etc. formam a escória, que é matéria-prima para a fabricação de cimento. A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e adições. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos.
Finalmente, a terceira fase clássica do processo de fabricação do aço é a laminação.
O aço, em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformado em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados, barras etc. Com a
evolução da tecnologia, as fases de redução, refino e laminação estão sendo reduzidas no tempo, assegurando maior velocidade na produção.
7.3 ETAPAS DE PRODUÇÃO DO AÇO
- Preparação da carga
• Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque;
• O produto resultante é chamado de sínter
• O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque.
- Redução
• Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno
• Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo do alto forno
• O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-gusa
• O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado.
- Refino
• Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou sólido e a sucata de ferro e aço em aço líquido
• Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido juntamente com impurezas
• A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos.
- Laminação
• Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química
7.4 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS
- Dureza é uma medida da resistência à deformação plástica localizada induzida por penetração de um indentador ou de uma partícula abrasiva.
- Limite de escoamento é a tensão máxima que pode ser aplicada sem que o material sofra deformação permanente ou irreversível. A aplicação de esforços menores que o limite de escoamento causa deformações elásticas reversíveis.
- Limite de resistência é a tensão máxima que um material aguenta quando
tracionado (esticado) antes de quebrar. A aplicação de esforços maiores que o limite de resistência causa fratura do material.
- Alongamento máximo é a deformação que um material aguenta quando tracionado (esticado) antes de quebrar.
- Tenacidade é a capacidade de um aço absorver energia e deformar plasticamente sem fraturar.
- Limite de fadiga ou resistência à fadiga é a tensão abaixo da qual um material pode ser submetido a um número infinito de ciclos de esforços sem causar uma fratura por fadiga.
7.5 TRATAMENTOS TÉRMICOS:
-Recozimento: É o tratamento térmico realizado com o fim de alcançar
especialmente os seguintes objetivos: remover tensões resultantes do forjamento, diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço, alterar as propriedades mecânicas como resistência.
-Normalização: Tratamento térmico onde se aquece o aço acima da temperatura crítica (formação de austenita), com resfriamento em ar tranquilo, à temperatura ambiente, resultando em uma estrutura molecular com granulação mais fina. A normalização visa preparar o material para a têmpera.
-Têmpera: Consiste no resfriamento brusco do aço, que deve estar a uma
temperatura superior à sua temperatura crítica, em um meios de resfriamento como óleo, água, salmoura ou mesmo ar. A velocidade de resfriamento, dependerá do tipo de aço, da forma e das dimensões das peças. O resultante desejado deste processo é a martensita. O objetivo dessa operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, é o aumento da dureza. Resultam também da têmpera redução da tenacidade e o aparecimento de tensões internas. Tais inconvenientes são atenuados ou eliminados pelo revenimento.
-Revenimento: O revenimento ou revenido é o tratamento térmico que se segue após a têmpera, visando a eliminação dos inconvenientes resultantes desta, removendo tensões internas, corrigindo o excesso de dureza e eliminando a fragilidade do aço, aumentando sua tenacidade e resistência ao choque.
7.5 AÇO 5160
O aço 5160, também conhecido como SAE ou AISI 5160, é um aço para molas com alto teor de carbono e cromo. Tem como características boa temperabilidade, alta resistência a tração e fadiga. Na condição temperado sua dureza alcança níveis de 58 HRC, o que o torna muito procurada para cutelaria. É um dos aços mais
difundidos para uso em cutelaria devido a facilidade de ser encontrado, sobretudo em “desmanches” de carros, onde é muito usado para fabricação de feixes de molas e “facões” de suspensão de Fuscas e Kombis.
- COMPOSIÇÃO QUÍMICA
:
Figura 1-Gerdau.com.br/blog-acos-especiais/propriedades-mecanicas-dos-acos
- ESTRUTURA FINAL PÓS-TÊMPERA: Martensita + pequena porção de austenita retida
• DUREZA TÍPICA PÓS-TÊMPERA: 56/58HRC • DUREZA TÍPICA PÓS-REVENIMENTO: 55/57HRC
- PRINCIPAIS APLICAÇÕES:
Essa liga é utilizada no campo automotivo em uma série de aplicações de molas pesadas, especialmente para molas de lâmina em sistemas de suspensões.
7.6 PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE UMA FACA ARTESANAL
-PREPARAÇAO DO MATERIAL: O primeiro passo para a construção dessa faca foi fazer a normalização na lâmina de aço 5160, que foi reutilizado de um feixe de mola de uma camionete Nissan Frontier ano 2008, pois como se trata de um material que já havia sido tratado termicamente é necessário remover tensões resultantes do forjamento, diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço. As dimensões da lâmina são de 330x60x7, medidas em milímetros.O projeto é de uma faca de caça modelo Bowie de 9 polegadas. Foi utilizado uma forja a gás de 1500°C e uma marreta de 2kg para realizar o alinhamento da lâmina de 5160. A lâmina foi aquecida a uma temperatura de 870° C e em seguida deixada no forno pra um resfriamento lento.
-TRAÇAGENS E CORTES: Após a normalização foi traçado o molde desejado para a chapa de aço 5160 e feito os devidos cortes e desbastes da faca. Foi usado uma esmerilhadeira pequena com discos de corte zipcult e uma lixadeira de cinta com lixa de grão n°36 para o desbaste fino e partes arredondadas do molde. O gume da faca também foi aproximado na lixadeira de cinta deixando uma espessura de 1mm para afinamento do fio. As duas faces da lâmina precisaram ser usinados na
lixadeira de cinta para corrigir imperfeicões do material e facilitar acabamento fino posterior, foram usados grãos variados de lixas (36,80,120,220,400).
-DETALHES E ACABAMENTOS INICIAIS : Os acabamentos no final do gume e ajuste do ricasso para o encaixe da guarda são feitos de maneira manual usando ferramentas manuais de ajustes tais como limas mursa e chata bastarda de maneira a ajustar lentamente essas partes pra que se tenha um bom resultado de
acabamentos de cabo e guarda. Foi realizado também o processo de
“mosqueamento” no dorso da lâmina. O “mosqueamento” é um desenho feito em todo dorso da lâmina,trazendo riqueza e refino para a faca. Existem diversos padrões de mosqueamento. A execução dessa técnica é toda realizada a mão, sendo um tabalho de muita paciência e que eleva o valor e refino das peças. As ferramentas usadas são limas de diversos modelos (triangular, redonda ,chata, meia lua,agulha ,etc...)
-TÊMPERA E REVENIMENTO: O processo de têmpera é realizado na forja à gás. A lâmina é aquecida a uma temperatura austenítica de 850°C, nessa temperatura o aço 5160 deixa de ser ferromagnético e passa a ser paramagnético, deixando fácil a percepção do momento certo de realizar o resfriamento. O meio de resfriamento utilizado foi imersão em óleo hidráulico usado em equipamentos agrícolas. A estrutura conseguida conseguida no final é martensita mais uma pequena porção de austenita retida. O revenimento é feito em um ciclo de 1 hora entre 180°C e 210°C. Em decorrência da têmpera (transformação martensítica) as tensões residuais são excessivas e aductilidade e a tenacidade são muito baixas . Esse processo altera a microestrutura e alivia as tensões decorrentes da têmpera. Tem o objetivo de aumentar a ductilidade e a tenacidade e ajustar a resistência mecânica para o nível desejado, além de aliviar tensões.
-ACABAMENTOS FINAIS: O acabamento final na lâmina é feito fazendo o lixamento total da peça em lixas manuais de granulometrias variadas
(220,400,600,1200,2000). Essa granulometria depederá do nível de acabamento que pode ser acetinado, polido e espelhado, sendo o último oque requer mais tempo e lixas de grãos mais finos. No polimento e espelhamento da lâmina são usados rodas de cisal e algodão juntamente com pastas abrasivas variadas.
-CABO , POMO E GUARDA: Para construção do cabo foi utilizado uma lasca de jacarandá roxo, uma sessão de osso oriundo de bovinos e uma sessão de cilindro de latão usado em bombas d`agua. A fixação desses componentes é realizado através de resina de poliéster. Após passado um período de 24 horas, é iniciado o
processo de modelagem da anatomia do cabo. Essa modelagem é realizada através de ferramentas manuais como grosas e lixas variadas. Por fim é aplicado uma
camada de óleo de tungue e feito o polimento de toda extensão do cabo com todos os seu detalhes.
-FORMAÇÃO DO FIO: É etapa mais importante, pois é agora que a peça receberá sua parte funcional a que foi destinada. A afiação é realizada na lixadeira de cinta com uma lixa de grão 600 e posteriormente é feito polimento e alinhamento do fio usando pasta abrasiva e estropo de couro. É de extrema importância a angulação do fio, pois o ângulo é determinante para uma boa retenção e eficiência do corte.
8. RESULTADOS
Os resultados obtidos foram satisfatórios considerando o uso de uma chapa de aço usada com histórico de constante absorção de cargas e sujeitada a fadigas. A lâmina após todos os tratamentos se mostrou íntegra e intacta. Sem apresentação de trincas em sua estrutura. Também apresentou boa usinabilidade após
normalizado e boa temperabilidade. O revenimento permitiu aumentar a
ductilidade, a tenacidade e ajustar a resistência mecânica, além de aliviar tensões.
Figura A 1-Mola de suspenção automotiva
Fonte: Autor
9. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Conseguimos construir uma faca de caça modelo Bowie com 9 polegadas de lâmina, utilizando apenas materiais sucateados, de fácil acesso e preço baixo. O aço pode ser reciclado infinitas vezes, com custos menores e menos dispêndio de energia do que na sua criação inicial. Dessa forma, a reutilização de aço a partir de sucata reduz o consumo de matérias-primas não renováveis, economiza energia e evita a necessidade de ocupação de áreas para o descarte de produtos em obsolescência .Era mais do que esperado esse resultado positivo, afinal o aço é o material mais reciclado do mundo. Conseguimos unir beleza, eficiência, robustez, propriedades distintas e o mais importante que é atitude sustentável.
10. FONTES CONSULTADAS
AISI 5160 submetidos à Têmpera Convencional e Têmpera Intensiva. 2012.
Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo.
ALBANO, Luigi Leonardo Mazzucco. Estudo comparativo das propriedades mecânicas de aço
BOTELHO, D. Mestre do aço: Curso de cutelaria
COSTA, Cátia De Jesus Simão Dias. Análise de ciclo de vida Aço.
CHIAVERINI, V. Tecnologia mecânica. Vol. II. 2ª edição. São Paulo, SP: Pearson Education do Brasil LTDA, 2004.
FARIAS, Jhordan Lucas do Nascimento. Processo de elaboração de uma faca artesanal. 2019.
HARTLEY, A. et al. Complex I inhibitors induce dose‐dependent apoptosis in PC12 cells: relevance to Parkinson's disease. Journal of neurochemistry, v. 63, n. 5, p.
1987-1990, 1994.
Figura A 2- Faca Bowie finalizada (aço e metais reutilizados de sucata) Fonte: Autor
MACHADO, Isabel. Tratamentos térmicos e de superfície. Prof. Escola Politécnica da Universidade de Sao Paulo. Depto. de Engenharia Mecatrônica e de
Sistemas Mecanicos PMR, 2002.
MARTINS, João Henrique. AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO DAMASCO SAE 5160 COM SAE 1020 PARA FABRICAÇÃO DE FACAS ARTESANAIS. Conformação, 2018.
OLIVEIRA, Joaneci Cicera de. Aplicação de metodologia ativa no curso de processos metalúrgicos através da cutelaria artesanal. 2020.
SÁLVIO, Filipe Esteves Cortes. Produção sustentável de aço no Brasil. 2008.
VATAVUK, Jan et al. Estudo do efeito da temperatura de austenitização no
fenômeno de fragilização por revenido de um aço AISI 5160. Revista Mackenzie de Engenharia e Computacao, 2000.
YIN, Robert K. Estudo de Caso-: Planejamento e métodos. Bookman editora, 2015.
https://www2.gerdau.com.br/blog-acos-especiais/propriedades-mecanicas-dos- acos
https://acosnobre.com.br/blog/aco-5160-caracteristicas-propriedades-mola- cutelaria-barra-chata-preco/
https://maximeferrum.com.br/aplicacoes/MF-5160.pdf https://berardofacascustom.blogspot.com/p/tabelas.html
