Caracterização de engrenagens em aço bainítico de resfriamento contínuo DIN 18MnCrSiMo6-4

Abstract

Os aços bainíticos de resfriamento controlado têm se mostrado excelentes materiais de escolha em projetos de componentes automotivos e agrícolas por reunirem propriedades mecânicas ideais de resistência mecânica, tenacidade, ductilidade, forjabilidade e usinabilidade. Diferentes pesquisadores têm demonstrado através de seus trabalhos acadêmicos as vantagens existentes ao se utilizar esta classe de aço, muito embora sejam materiais considerados novos para o contexto mundial, possuem um futuro promissor como alternativa de matéria-prima. O foco para este trabalho é a caracterização de engrenagens cônicas espirais pelo método Gleason de produção com o aço bainítico DIN 18MnCrSiMo6-4, comparativamente ao aço ferrítico-perlítico DIN 20MnCr5, através do forjamento a quente, resfriamento ao ar e usinagem até geometria final. Para o estudo realizado neste trabalho, foram utilizados os métodos de caracterização metalúrgica que permitissem extrair parâmetros de comparação com engrenagens fabricadas com o aço DIN 20MnCr5 por metalografia, dureza, formato dos cavacos formados após cada operação de usinagem realizada e medição da rugosidade superficial final obtida. Os resultados apresentam grande similaridade entre os dois aços utilizados, com o aço DIN 18MnCrSiMo6-4 equiparando-se ao DIN 20MnCr5 em todas as relações feitas. Para os mesmos parâmetros de usinagem nas operações propostas, teve-se praticamente a mesma morfologia de cavacos e grau de acabamento superficial sem variações que pudessem desqualificar a usinabilidade do aço bainítico testado. Ratifica-se o aço DIN 18MnCrSiMo6-4 como um material de igual ou melhor usinabilidade para a fabricação de engrenagens com o aço DIN 20MnCr5, com base na metodologia empregada.

Controlled cooling bainitic steels have proven to be excellent materials of choice in automotive and agricultural component designs, because they have optimal mechanical properties of mechanical strength, toughness, ductility, forgeability and machinability. Different researchers have demonstrated through their academic work the advantages of using this class of steels, although this material is considered new to the world context, they have a promising future as a raw material alternative. The focus of this work is the characterization of spiral bevel gears by the Gleason production method with DIN 18MnCrSiMo6-4 bainitic steel, compared to ferrite-perlite DIN 20MnCr5 steel, through hot forging, air cooling and machining to final geometry. For the study carried out in this work, metallurgical characterization methods were used to extract comparison parameters for gears manufactured with DIN 20MnCr5 steel by metallography, hardness, chip shape characterization formed after each machining operation performed and measurement of the final surface roughness obtained. The results show great similarity between the two steels used, with DIN 18MnCrSiMo6-4 steel equating to DIN 20MnCr5 in all stablished comparisons. For the same machining parameters in the proposed operations, it was practically the same chip morphology and surface finish degree without variations that could disqualify the machinability of the tested bainitic steel. DIN 18MnCrSiMo6-4 steel is ratified as a material of equal or better machinability for the manufacturing of gears with DIN 20MnCr5 steel, based on the methodology employed. Besides that the bainitic steel can provide higher toughness and mechanical resistance to the components, and convetional hardening and tempering treatments can be avoided. Ainda, o aço bainítico pode conferir propriedades mecânicas significativamente melhores, maior tenacidade e resistência mecânica e os tratamentos térmicos convencionais de têmpera e revenido podem ser evitados.