As vantagens da utilização das simulações baseadas no MEF se devem aos elevados custos e dificuldades técnicas envolvidas nos tratamentos térmicos.

Os tratamentos térmicos demandam mão de obra qualificada para operação, grandes quantidades de energia para aquecimento, utilização de matéria prima e uma grande quantidade de horas de trabalho o que em conjunto elevam o custo do processo.

Esses custos são ainda mais elevados todavia que seja necessária a implementação de um novo processo, peça ou para a solução de um problema.

As simulações computacionais diminuem os custos à medida que diminuem a quantidade de “tryouts” necessários para definição do novo processo ou solução do problema.

Vale ressaltar que a simulação computacional não é uma substituta definitiva do “tryout”, mas atua efetivamente nas tomadas de decisão.

A qualidade dos resultados obtidos a partir das simulações computacionais está diretamente relacionada a representatividade do comportamento do material inserido no software.

Para as simulações de tratamentos térmicos são necessárias as propriedades termo físicas e os comportamentos mecânicos de cada uma das fases presentes em função da temperatura. Além, das constantes das equações cinéticas utilizadas para descrição das transformações de fase.

Essas propriedades são muito escassas na literatura e de difícil obtenção experimental além de serem influenciadas pela composição química da matéria prima.

No caso da utilização do software DEFORM para simulações de conformação massiva ou de tratamento pode-se utilizar o software JMatPro para o cálculo dessas propriedades.

Como exemplo, demonstra-se a simulação de um processo de tratamento térmico utilizando o JMatPro e o DEFORM, apresentando-se os resultados de simulações de têmpera superficial por indução de um eixo. O objetivo das simulações foi prever o problema encontrado e propor uma solução.

Processo de têmpera:

A saber, o processo de têmpera superficial por indução consiste na utilização de bobinas indutoras para gerar um aquecimento da superfície do material até uma temperatura suficiente para a formação de austenita, seguido pelo resfriamento com jatos para obter a formação de martensita.

O processo de têmpera superficial por indução do eixo. O indutor utilizado no processo e a região onde ocorre o resfriamento, estão demonstrados graficamente. Além, da fração volumétrica de martensita.

É possível perceber a previsão da não formação da camada de martensita nas regiões indicadas através da seta preta cheia como também é comumente observado em processos industriais reais.

Para a solução do problema, foram modificadas a velocidade de movimentação da bobina, a frequência da corrente e a potência elétrica, sempre considerando a tempo de duração do processo.

Após algumas iterações, utilizando-se dos resultados obtidos em cada simulação, foi possível a obtenção de uma camada de martensita homogênea. Observe na Figura 2.

A partir das previsões observadas, fica evidente que a simulação computacional foi uma importante ferramenta na previsão e resolução do problema encontrado. No caso de tratamentos térmicos, as simulações computacionais via Método dos Elementos finitos desempenham papel fundamental na redução de custos e na garantia de qualidade dos produtos tratados. Nesse sentido, fica cada vez mais claro que para a indústria, a simulação computacional deve ser vista como um investimento e não como um gasto.

Nome do autor: Eng. Pedro Stemler

Assistente Técnico da SIXPRO Virtual&Practical Process, empresa especializada em simulação computacional. Mestrando em Metalurgia Física e graduado em Engenharia Metalúrgica pela UFMG.

Nome do autor: Dr. Alisson Duarte

Consultor Técnico da SIXPRO Virtual&Practical Process, empresa especializada em simulação computacional. Professor do Dep. de Eng. de Materiais da UFMG e do Dep. de Eng. Metalúrgica da PUC. Possui Pós-Doutorado em Metalurgia da Transformação.

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