Caracterização e avaliação tribilógica de revestimentos depositados via HVOF em ferramentas de aço SAE H13 utilizadas na extrusão a quente

Abstract

Melhorias na vida de ferramentas de conformação podem ser obtidas através do uso de tratamento superficial. Os revestimentos melhoram a resistência ao desgaste e têm sido cada vez mais utilizados, objetivando a diminuição dos danos causados nas superfícies de ferramentas utilizadas na conformação mecânica(AKHTARI ZAVAREH et al., 2015; TAHA-AL; HASHMI; YILBAS, 2008)(AKHTARI ZAVAREH et al., 2015; TAHA-AL; HASHMI; YILBAS, 2008). Neste estudo, utiliza-se a combinação de dois tratamentos superficiais: a nitretação a plasma e o HVOF para revestir e proteger ferramentas utilizadas em um processo de extrusão inversa, durante o forjamento a quente da ponta de um eixo. A nitretação é um processo termoquímico no qual o nitrogênio é difundido na superfície da ferramenta até uma determinada profundidade. O processo HVOF consiste em uma fina camada de materiais metálicos e cerâmicos depositados em uma condição fundida sob uma superfície, formando uma fina camada de depósito aspergido. A sobreposição da nitretação com o revestimento depositado via HVOF é chamada de duplex, que confere maior resistência ao desgaste e durabilidade à ferramenta. Com base neste contexto, o objetivo desta pesquisa é investigar o desempenho do tratamento superficial HVOF e do duplex (nitretação+HVOF) aplicados em punções de forjamento a quente fabricados em aço SAE H13. Na primeira etapa da pesquisa, dois tipos de pó são utilizados para revestir a superfície das amostras e das ferramentas via HVOF: Cr3C2-25NiCr e WC-10Co4Cr. A segunda etapa é realizada com base nos resultados da etapa anterior, e por isso optou-se por utilizar um revestimento duplex, pois verificou-se que seria necessário promover uma redução gradual de dureza da superfície para o núcleo do substrato, em função do desgaste severo sofrido pelo punção na primeira etapa. Os resultados obtidos na segunda etapa demonstraram que as alterações no processo de acabamento para redução da rugosidade superficial e o tratamento duplex trouxeram melhorias e elevaram a vida útil dos punções.

Life-enhancement of forming tools can be achieved through the use of surface treatment. The coatings improve the resistance against wear and have been increasingly used to reduce the damage caused to the surface of tools used in mechanical forming. In this study the combination of two surface treatments is used: the plasma nitriding and the HVOF to coat and protect hot forging tools. The nitriding is a thermochemical process in which the nitrogen is diffused on the tool surface up to a certain depth. The HVOF process consists of a thin layer of metallic and ceramic materials deposited in a molten condition under a surface, forming a thin spray layer. The superposition of the nitriding with the deposited coating via HVOF is called duplex, which gives greater resistance against wear and durability to the tool. Based on this context, this research aims to investigate the performance of the HVOF surface treatment and the duplex (nitriding+HVOF) applied in hot forging punches made of SAE H13 steel. In the first stage of the research, two types of powder material are used to coat the samples and tools’ surfaces via HVOF: Cr3C2-25NiCr and WC-10Co4Cr. The second stage is performed based on the results of the previous stage and therefore it was chosen to use a duplex coating, since it has been found necessary to gradually reduce hardness from the surface to the substrate core due to the severe wear suffered by the punch in the first stage. The results obtained in the second stage showed that the changes in the finishing process to reduce the superficial roughness and the duplex treatment brought improvements and extended the punches life cycle.