Shot peening como ferramenta para melhoria de desempenho de componentes automotivos forjados

Abstract

O objetivo deste trabalho foi estudar diferentes rotas de fabricação de um componente automotivo e avaliar quais destas rotas permitiriam o atendimento dos requisitos técnicos com possibilidade de redução dos custos de fabricação. Os fabricantes de autopeças estão inseridos em um mercado de alto risco e elevada competitividade, assim, estes fabricantes, arcam com diversos custos para atendimento de requisitos, em alguns casos exigentes em demasia e desnecessários, por parte do cliente. O foco de componentes automotivos deve se basear em requisitos de natureza mecânica, como resistência a tração, resistência ao impacto, resistência a fadiga, etc. O desempenho mecânico de um componente depende do seu processo de fabricação e da matéria-prima utilizada, sendo estes os dois fatores de maior importância e representatividade no custo de fabricação de um componente. O processo de fabricação de um componente mecânico específico foi simulado fisicamente com duas matérias primas alternativas disponíveis no fabricante e com dois tratamentos térmicos distintos, além da utilização de shot peening no final do processo, gerando 8 diferentes rotas de fabricação Foram avaliados os aços SAE 1045H e DIN 38MnVS6 como opções de matéria-prima alternativa, além dos tratamentos térmicos de têmpera e revenimento e resfriamento em esteira. Foram realizadas análises de composição química e microestrutural para cada aço e tratamento térmico, além de avaliação de dureza, resistência a tração, resistência ao impacto, análise de tensões residuais e desempenho em fadiga. Os requisitos de dureza e resistência mecânica foram satisfatórios para todas as condições, exceto para o SAE 1045H com resfriamento em esteira. O desempenho em fadiga dos materiais sem shot peening não foram satisfatórios, apenas para o DIN 38MnVS6 com resfriamento em esteira apresentou desempenho próximo ao esperado, sendo todas rotas de fabricação sem shot peening reprovadas. Para os materiais com shot peening, apenas o SAE 1045H apresentou resultado insatisfatório, os demais materiais atenderam a especificação de fadiga. Pôde ser observada a influência das tensões residuais superficiais compressivas no desempenho em fadiga do componente, além disto, foi verificado a possibilidade de produzir o componente em três diferentes rotas de produção, podendo gerar uma redução de custo de até 12%.

The aim of this work was to study different manufacturing routes of an automotive component and, meantime, evaluate which of these routes would allow the fulfillment of technical requirements with the possibility of reducing manufacturing costs. Auto parts manufacturers are placed in a high-risk and highly competitive market, in addition to shouldering costs to meet requirements in some demanding and, sometimes, unnecessary cases by the customer. The focus of automotive components should be based on requirements of a mechanical nature, such as tensile strength, impact resistance, fatigue resistance, etc . The mechanical performance of a component depends on the manufacturing process and raw material used, these being the two most important factors in the representation and manufacturing cost of a component. The manufacturing process of a particular mechanical component was physically simulated with two alternative materials, both available from the manufacturer with two different heat treatments, in addition to the use of shot peening by the end of the process, generating eight different manufacturing routes. Were evaluated the SAE 1045H steel and DIN 38MnVS6 as an alternative raw material, in addition to heat treatment of quenching and tempering, the current process, and forced air cooling Chemical and microstructural analysis of each steel composition and heat treatment were performed, in addition to evaluation of hardness, tensile strength, impact resistance, analysis of residual stresses and fatigue performance. The requirements of mechanical properties were satisfactory for all conditions except for the SAE 1045H air-cooled. The fatigue performance of materials without shot peening were not satisfactory, only for DIN 38MnVS6 air cooled the performance was close to the specification, so all manufacturing routes without shot peening were disapproved. For materials with shot peening, only the SAE 1045H presented non-satisfactory result, other materials attended fatigue specification. It was observed the influence of surface compressive residual stresses in the component fatigue performance, furthermore, it was verified the possibility of producing the component three different routes, allowing a cost reduction up to 12%.