Avaliação do processo de produção de uma lâmina de faca empregando a liga AISI 440 (DIN 1.4116)

Abstract

Este trabalho tem por objetivo aprimorar a metodologia empregada no processo de fabricação de uma lâmina em aço AISI 440 (DIN 1.4116), de modo a aperfeiçoar processos utilizados atualmente e avaliar a possibilidade de reduzir a quantidade da matéria prima. Para isso se produziu amostras com metodologia convencional (corte, têmpera, revenimento e tratamento criogênico) e amostras com a adição do forjamento a frio antes dos tratamentos térmicos. O intuito da adição da operação do forjamento a frio, foi de reduzir a matéria prima, além de elevar a qualidade do produto final gerado. Para validação dos valores dimensionais obtidos, utilizou-se a análise numérica não-linear realizada pelo software ANSYS® Workbench. Utilizando um modelo com 50% do tamanho real, obteve-se a variação de aproximadamente 18% entre o alongamento obtido na simulação computacional e na análise dimensional, além da interpretação do comportamento da amostra na ferramenta. Ambas as amostras, forjadas e não forjadas, após serem tratadas termicamente, passaram pelas etapas de usinagem e afiação. Com o produto acabado, para avaliar as amostras se utilizou o ensaio de dureza, partículas magnéticas (avaliação de trincas e microtrincas), capacidade de corte e corrosão por imersão. O ensaio de dureza revelou valores semelhantes entre as amostras forjadas e não forjadas. O ensaio de partículas magnéticas demostrou similaridades entre as amostras forjadas e não forjadas, apresentando ausência de fraturas. O ensaio de capacidade de corte apresentou uma maior eficácia da amostra forjada. O ensaio de corrosão exibiu maior concentração de pites de corrosão na amostra forjada, porém o ensaio apresentou que ambas as amostras estariam aptas a utilização. Analisou-se as microestruturas da amostra forjada e não forjada. Observa-se que em ambas as amostras, as ripas martensíticas com maior intensidade de carbonetos secundários em seus contornos além disso a amostra forjada apresentou um alinhamento de inclusões. Constatou-se também que as inclusões contidas após a liga ser tratada eram carbonetos primários não dissolvidos ainda do material bruto e um leve aumento destes carbonetos presentes na amostra que havia passado pela etapa de forjamento. Na análise de microdureza apresentou valores maiores na amostra não forjada. Por fim, a adição do processo de forjamento mostrou vantagens quanto a capacidade de corte do aço, porém uma piora em relação a especificações metalúrgicas do mesmo, como a corrosão e microestrutura.

This work aims to improve the methodology used in the manufacturing process of a blade in AISI 440 steel (DIN 1.4116), in order to improve processes currently used and evaluate the possibility of reducing the amount of raw material. For this, samples were produced with conventional methodology (cutting, tempering, tempering and cryogenic treatment) and samples with the addition of cold forging before heat treatments. The purpose of adding the cold forging operation was to reduce the raw material, in addition to raising the quality of the final product generated. To validate the dimensional values obtained, non-linear numerical analysis performed by the ANSYS® Workbench software was used. Using a model with 50% of the real size, a variation of approximately 18% was obtained between the elongation obtained in the computational simulation and in the dimensional analysis, in addition to the interpretation of the behavior of the sample in the tool. Both samples, forged and non-forged, after being heat treated, went through the machining and sharpening stages. With the finished product, to evaluate the samples, the hardness test, magnetic particles (evaluation of cracks and microcracks), cutting capacity and immersion corrosion were used. The hardness test revealed similar values between forged and non-forged samples. The magnetic particle test showed similarities between the forged and non-forged samples, with no fractures. The cutting capacity test showed a greater efficiency of the forged sample. The corrosion test showed a higher concentration of corrosion pits in the forged sample, but the test showed that both samples would be suitable for use. The microstructures of the forged and non-forged samples were analyzed. It is observed that in both samples, the martensitic battens with a higher intensity of secondary carbides in their contours, in addition to the forged sample, presented an alignment of inclusions. It was also found that the inclusions contained after the alloy was treated were primary carbides not yet dissolved from the raw material and a slight increase of these carbides present in the sample that had gone through the forging step. In the microhardness analysis, it showed higher values in the non-forged sample. Finally, the addition of the forging process showed advantages regarding the cutting capacity of the steel, but a deterioration in relation to its metallurgical specifications, such as corrosion and microstructure.