Title

EFEITO DA TEXTURIZAÇÃO SOBRE O COMPORTAMENTO TRIBOLÓGICO DE UM AÇO FERRAMENTA PARA TRABALHO A QUENTE

EFFECT OF TEXTURIZATION ON THE WEAR BEHAVIOR OF A HOT WORK TOOL STEEL

Authorship

Costa, Cesar Edil da; Pereira, Marceli Talita; Plaine, Athos Henrique; Novak, Douglas; Milan, Julio Cesar Giubilei

Costa, Cesar Edil da

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Pereira, Marceli Talita

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Plaine, Athos Henrique

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Novak, Douglas

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Milan, Julio Cesar Giubilei

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DOI

10.5151/5463-5463-40121

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Abstract

Os aços para trabalho a quente (Hot Working) correspondem a classe H da norma AISI, sendo H1 – H19 aços aço cromo, H20 – H39 aços ao tungstênio e H40 – H59 aços ao molibdênio e DIN 1.2367. Para cavidades e insertos de moldes para fundição sob pressão de alumínio a NADCA (North American Die Casting Association), divide em 8 classes: de A à H (NADCA 207, 2016). Estes materiais são utilizados em moldes e matrizes de forjamento, extrusão e fundição sob pressão, principalmente injeção de alumínio sob pressão. Em razão da alta pressão e vários outros fatores inerentes no processo de injeção de alumínio sob pressão, como ciclos térmicos e fluxos de alta velocidade de metal líquido, além das altas temperaturas do alumínio, os moldes ficam expostos a condições que podem causar falhas prematuras por desgaste e fadiga térmica. Estes fenômenos podem resultar em uma série de falhas que levam à frequentes paradas de produção e manutenção do ferramental, elevando os custos de produção. A escolha do aço e do tratamento térmico adequado são algumas das condições para melhorar o tempo de vida útil destas ferramentas. Neste trabalho foi realizado um estudo preliminar do comportamento ao desgaste de um aço para trabalho a quente da classe 1.2367 modificado, Classe C, recomendado para a produção de moldes para injeção sob pressão de alumínio. O tratamento térmico foi realizado em forno a vácuo para uma dureza de 44 – 46 HRC. Foram alteradas as características superficiais com técnicas de texturização química, com diferentes rugosidades resultando em 3 condições de superfície, somente polida e duas texturas com rugosidade (Ra) de 2,0 e 6,0 µm; denominadas 2RA e 6RA respectivamente. Foi utilizado o ensaio de desgaste por deslizamento do tipo pino sobre disco e como contra corpo esferas de alumínio comercialmente puro, buscando reproduzir o par tribológico existente no processo de injeção. Foi avaliado o desgaste através da topografia da região ensaiada, obtida por perfilometria, e o coeficiente de atrito. Os resultados mostram um efeito significativo da textura na redução do desgaste. Já o coeficiente de atrito não sofreu alteração significativa.

Hot working steels belong to class H of the AISI standard: H1 – H19 chrome steels, H20 – H39 tungsten steels and H40 – H59 molybdenum steels and DIN 1.2367. North American Die Casting Association (NADCA), in turn, divides mold cavities and inserts for aluminum die casting into 8 classes: from A to H (NADCA 207, 2016). These materials have been used in molds and dies for forging, extrusion and casting, mainly for aluminium injection under high pressure. In this particular case, molds are exposed to conditions that can cause premature failure by wear and thermal fatigue, due to the thermal cycling and high velocity flows of liquid metal, in addition to the high temperatures of aluminum. These phenomena can result in a series of failures that lead to frequent stoppages in production and tooling maintenance, increasing production costs. In this work, a preliminary study of the wear behavior of a modified 1.2367 class C hot work steel, recommended for the production of aluminum pressure injection molds, was carried out. Heat treatment was performed in a vacuum furnace to reach a hardness of 44 – 46 HRC. The surface characteristics were then intentionally altered with chemical texturing techniques, with different surface roughness resulting in 3 surface conditions: one polished and two textures with roughness (Ra) of 2.0 and 6.0 µm; named 2RA and 6RA respectively. To assess the wear resistance, disc pin tests were performed using a commercially pure aluminum spheres against the studied tool steel material to reproduce the existing tribological pair in the real injection process. Wear was evaluated through the topography of the tested region, obtained by profilometry, and the coefficient of friction. The results show a significant effect of texture in reducing wear. The friction coefficient did not change significantly.

Keywords

Aço para trabalho a quente; Tratamento térmico; texturização; desgaste

Hot work steel; Heat treatment; Texturization; Wear