Caracterização de depósitos realizados pelo processo de deposição por fricção em chapas de aço de alto carbono

Abstract

Este trabalho tem por objetivo estudar um processo alternativo de deposição e reparos em defeitos superficiais de componentes ou estruturas fabricados em aço de alto carbono, utilizando o processo de soldagem de Deposição Superficial por Fricção (Friction Surfacing). Foi avaliada a influência dos parâmetros do processo de deposição como: força axial, velocidade de rotação do pino consumível e velocidade de avanço de deposição nas propriedades mecânicas e metalúrgicas dos depósitos com diferentes materiais consumíveis depositados. Para atingir estes objetivos foram realizados experimentos utilizando um equipamento composto de um motor hidráulico (HMS 3000) da Circle Technical Services Ltd com potência de 50 kW, com capacidade de aplicar força axial de 40 kN e velocidade de rotação de até 8000 rev/min. O sistema hidráulico é fixado a um pórtico que tem uma mesa móvel onde é controlada a velocidade de avanço de deposição, enquanto que o ciclo de soldagem é controlado através de um software em que são indicados os parâmetros desejados de carregamento e velocidade de rotação. Neste estudo foram utilizados como substrato chapas de aço carbono SAE 1070 com espessura de 9 mm e como pinos consumíveis barras redondas com diâmetro de 20 mm dos aços SAE 1045, SAE 4140, SAE 9254, SAE 8620 e AISI 310 variando os parâmetros de deposição. Após as deposições foram realizadas as caracterizações dos depósitos quanto a geometria do depósito (espessura e largura) e da zona termicamente afetada (ZTA), resistência de adesão do depósito (push-off test), macrografias, micrografias em microscópio óptico (MO) e em microscópio eletrônico de varredura (MEV), perfis de microdureza e análise térmica. Os depósitos realizados com força axial de 13,7 kN, velocidade de avanço de 17 mm/s e velocidade de rotação de 3500 rev/min foram que apresentaram melhores propriedades quanto a resistência de adesão do depósito, tendo o pino consumível de aço inoxidável austenítico AISI 310 com o melhor desempenho testado.

This work aims to develop an alternative process of repairing defects in components or structures made of high carbon steel, using the welding process of deposition by surface friction (Friction Surfacing Process). The influences of the deposition process parameters such as axial force, rotational speed of the consumable rod and traverse speed of deposition on the mechanical and metallurgical properties of the deposits with different consumables deposited. To achieve these objectives, experiments were done using a device composed of a hydraulic system (HMS 3000) of Circle Technical Services Ltd. with 50 kW of power, capable of applying axial force of 40 kN and rotation speed of up to 8000 rpm. The hydraulic system is fixing at a rigid gantry that has a sliding table. The welding cycle is controlled by software, which are given the desired parameters of pressure and rotation speed. This study used as the substrate plate carbon steel SAE 1070 and as consumable rod round bars of steel SAE 1045, SAE 4140, SAE 9254, SAE 8620 and AISI 310 changed of deposition parameters. After the depositions were performed characterizations of the deposits on the geometry of the deposit (thickness and width) and the heat affected zone (HAZ), the adhesion strength of deposit (push-off test), macrographs, micrographs by optical microscope (OM) and scanning electron microscopy (SEM), microhardness profiles and thermal analysis. Deposits made with axial force of 13.7 kN, traverse speed of 17 mm/s and rotation speed of 3500 rev/min were presented better properties as the adhesion strength of deposit, with the consumable rod austenitic stainless steel 310 with the best performance tested.