Análise experimental do forjamento a quente de uma biela de alta resistência utilizando um aço baixa liga microligado endurecido por resfriamento contínuo

Abstract

Bielas de alto desempenho são componentes essenciais na indústria automotiva e de máquinas, demandando elevada resistência mecânica e integridade estrutural. Tradicionalmente, essas propriedades são alcançadas por meio de forjamento seguido de tratamentos térmicos. Este estudo propõe um rota de processamento termomecânico alternativa, voltada para a fabricação de componentes com propriedades mecânicas aprimoradas, ao mesmo tempo em que busca reduzir custos e promover a sustentabilidade no processo de produção. No método proposto, um aço de baixo carbono microligado com nióbio (Nb) e titânio (Ti), 0,18C–1,38Mn–0,36Si–0,47Cr– 0,03Mo–0,05Al–0,04Nb–0,01Ti, é inicialmente austenitizado, forjado a baixa velocidade com o auxílio de uma prensa hidráulica e, em seguida, resfriado ao ar. O impacto combinado do processamento termomecânico e da adição dos elementos microligantes foi investigado detalhadamente por meio de ensaios de forjabilidade Os resultados evidenciaram que a rota de forjamento proposta favorece a formação de uma microestrutura bainítica altamente uniforme e refinada. Essa configuração microestrutural, alcançada por meio do controle rigoroso dos parâmetros termomecânicos, resultou em bielas forjadas de alta resistência, com limite de escoamento de 846 MPa e limite de resistência de 1002 MPa. Após o processamento, o material apresentou uma dureza média de 375 HV, além de boa tenacidade ao impacto. Essas propriedades foram obtidas sem a necessidade de tratamentos térmicos adicionais após o forjamento, o que torna o processo significativamente mais ágil. Além disso, o projeto simplificado da liga utilizada, em comparação com outros aços bainíticos comerciais, contribui para um processo ainda mais econômico e sustentável. A abordagem proposta demonstra um elevado potencial para aplicações industriais de alto desempenho, destacando-se como uma alternativa eficiente e ambientalmente responsável

High-performance connecting rods are essential components in the automotive and machinery industries, requiring high mechanical strength and structural integrity. Traditionally, these properties are achieved through forging followed by heat treatments. This study proposes an alternative thermomechanical processing route aimed at manufacturing components with enhanced mechanical properties while simultaneously seeking to reduce costs and promote sustainability in the production process. In the proposed method, a low-carbon steel microalloyed with niobium (Nb) and titanium (Ti), 0,18C– 1,38Mn–0,36Si–0,47Cr–0,03Mo–0,05Al–0,04Nb–0,01Ti, is initially austenitized, forged at low speed using a hydraulic press, and subsequently air-cooled. The combined impact of the thermomechanical processing and the addition of microalloying elements was thoroughly investigated through forgeability tests The results demonstrated that the proposed forging route favors the formation of a highly uniform and refined bainitic microstructure. This microstructural configuration, achieved through precise control of the thermomechanical parameters, resulted in forged connecting rods with high strength, including a yield strength of 846 MPa and an ultimate tensile strength of 1002 MPa. After processing, the material exhibited an average hardness of 375 HV and good impact toughness. These properties were achieved without the need for additional heat treatments after forging, making the process significantly faster. Furthermore, the simplified alloy design of the material, compared to other commercial bainitic steels, contributes to a more economical and sustainable process. The proposed approach demonstrates great potential for high-performance industrial applications, standing out as an efficient and environmentally responsible alternative