Isso acontece hoje entre o IPT e a Gerdau, em uma relação que envolveu nos últimos 5 anos as unidades de Aços Especiais e Cilindros – Villares Rolls –, em Pindamonhangaba (SP), Aços Longos, em Mogi das Cruzes (SP), e Charqueadas (RS).

O envolvimento com a Gerdau/Cilindros ocorreu após um período de amadurecimento dos grupos do IPT e da EPUSP no tema desgaste de materiais fundidos, do que resultou acúmulo de conhecimento, sólida formação de pessoal e expressiva produção científico-tecnológica materializada em projetos de P&D, teses e dissertações, artigos em periódicos e congressos internacionais e seminários nacionais e internacionais. Isso fomentou, ao longo dos anos, o relacionamento com as demais unidades da Gerdau.

O que tem motivado a Gerdau a procurar o IPT foi a capacidade do Instituto de produção em escala piloto. Poder testar algumas variações de composição química fundindo, laminando ou forjando quilos ao invés de toneladas faz muita diferença em tempo e dinheiro. Além disso, ter alguém dedicado ao projeto, que não precise conciliar uma pesquisa à correria de chão de fábrica do dia a dia, acelera bastante e dá qualidade ao aprendizado.

De Abr/2012 a Jan/2017, foi realizado um projeto em parceria entre a Poli-USP, IPT e Gerdau, com financiamento Funtec-BNDES. O projeto objetivou desenvolver um sistema para projetar ligas metálicas de alto desempenho destinadas a ferramentas de conformação a quente, tendo como base a simulação computacional do dano progressivo das ferramentas durante o serviço e da relação desse dano com/a microestrutura da liga, substituindo o procedimento de “tentativa e erro” com ganhos de custo, desempenho e reprodutibilidade para fabricantes e usuários destas ferramentas na indústria de transformação.

O sucesso do projeto coloca à disposição dos produtores de materiais metálicos destinados a ferramentas de conformação a quente – dentre eles especificamente a Gerdau – um sistema para projetar ligas de alto desempenho que contempla soluções inovadoras e custo baixo. Levando em conta que a vida útil dessas ferramentas é fator de competitividade, é certo que o emprego deste sistema possibilitará tanto o estabelecimento de uma barreira tecnológica na competição pelo mercado interno, como a transposição de barreiras para o acesso a mercados globais.

O sistema hoje está em fase de implementação na Gerdau para poder ser oferecido aos seus clientes. Para as ICTs parceiras, restou um enorme ganho em capacitação de pessoas e infraestrutura de laboratório para atender a este e a novos mercados e compreender fenômenos termomecânicos e tribológicos atuantes nas etapas de conformação mecânica a quente.

O segundo projeto utilizou dessa infraestrutura criada no projeto anterior para simular a rota básica de manufatura de aços microligados classificados em aços bainíticos ou aços de grão refinado.

No estudo dos aços bainíticos, foram realizadas as etapas de elaboração de ligas, com adição de Mo, V, Nb, Ti e B sobre a base de aço 5120, fundição, laminação e forjamento com resfriamento controlado, a fim de estudar os produtos de decomposição da austenita e seus impactos nas propriedades mecânicas, ganhando-se na eliminação da etapa de tratamento térmico dos forjados.

No estudo dos aços de grão refinado, adicionaram-se V e Nb sobre o aço base 16MnCr5, nos processos de fundição e laminação termocontrolada no IPT, com controle de redução e temperatura durante e entre os passes, com variação no resfriamento, a fim de se obter ao final da laminação uma microestrutura final com o menor tamanho de grão possível, já que este é o único mecanismo capaz de promover o aumento simultâneo de resistência mecânica e tenacidade do aço, sem prejudicar sua soldabilidade.

Dessa forma, como se pode ver, consolidou-se um vínculo importante entre as duas empresas, IPT e Gerdau, ambas melhorando o seu produto, aumentando as possibilidades de atendimento aos seus clientes, ampliando o conhecimento a respeito das suas áreas e fortalecendo a parceria para projetos futuros.

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O que pretendo fazer, então, é despertar interesse pelo ambiente em que eu vivo e vivencio diariamente a quem às vezes o conhece através de um retrato mal feito.

Meu nome é Ana Paola Villalva Braga, sou engenheira de materiais, mestre e doutoranda em Engenharia Metalúrgica e de Materiais pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

Atuo como pesquisadora assistente no Laboratório de Processos Metalúrgicos do Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT). Meu ramo de especialização é conformação mecânica de metais e mecanismos de desgaste de ferramentas de conformação a quente. Além dessa área, o CTMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração) trabalha ainda com consultoria, ensaios e análises em siderurgia, refino, fundição, metalurgia do pó, tratamento de minérios, corrosão e proteção.

Em minha atuação profissional, desde fevereiro de 2008, tenho participado de projetos de desenvolvimento de processos e produtos de materiais ferrosos e não-ferrosos, aplicados em atividades de pesquisa, desenvolvimento e inovação (PD&I) e prestação de serviços à indústria nas áreas de caracterização e análise de falhas e desgaste, conformação mecânica, ferramentas, tratamentos térmicos, fundição, metalurgia do pó e elaboração de ligas.

[info_box title=”” image=”” animate=””]O IPT é um dos maiores institutos de pesquisas do Brasil e conta com laboratórios capacitados e equipe de pesquisadores e técnicos altamente qualificados, atuando basicamente em quatro grandes áreas – inovação, pesquisa & desenvolvimento; serviços tecnológicos; desenvolvimento & apoio metrológico, e informação & educação em tecnologia. Por meio de doze centros tecnológicos, atua de forma multidisciplinar, contemplando os mais diversos segmentos como energia, transportes, petróleo & gás, meio ambiente, construção civil, cidades, saúde e segurança. Conheça o site: www.ipt.br. [/info_box]

Sendo o IPT um instituto variado nas capacidades e nos clientes, tive a oportunidade de trabalhar e conhecer algumas demandas de empresas que procuram fazer pesquisa para melhorar seus produtos ou processos. Em meio a alguns casos de sucesso incontestável, como posso citar a parceria do Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais com a CBMM, com a Gerdau e com a Petrobrás, as expectativas de um novo cliente quando chega aqui são sempre grandes, mas às vezes grandes demais.

Encontrar o Material Perfeito

Não dá para fazer magia com escolha de uma liga para trabalho. Quando se deseja uma lista de propriedades físicas, mecânicas, térmicas, elétricas, magnéticas, etc. com restrições de fornecedores, de custo e de processo, não se tira da cartola a composição química ideal para a sua necessidade.

O conhecimento da Ciência sobre os elementos de liga, interação entre eles, etapas de transformação de fase, propriedades etc., ainda é muito incipiente para alguns materiais.

O pesquisador pode te ajudar a testar e escolher uma ou uma série de ligas que poderiam ser escolhidas e/ou desenvolvidas para a sua necessidade, mas isso leva tempo e necessita de uma série de testes. É preciso muita dedicação de quem faz e paciência de quem aguarda o resultado.

Otimizar o Processo

Ninguém conhece tanto do seu processo como você. Você participou da compra dos equipamentos, do setup, da contratação e do treinamento da sua equipe, da contratação de fornecedores e da venda e suporte aos seus clientes. Se a orquestra está desafinada, dificilmente um terceiro conseguirá afinar o seu piano sem que toda essa curva de aprendizado aconteça primeiro. O pesquisador pode ajudar com base na literatura, nas boas práticas industriais ou na experiência pessoal. Mas, ainda assim, deverá haver um intenso trabalho de gestão dentro da sua empresa para que as soluções indicadas sejam bem executadas e deem resultado.

Bater o Martelo

Escolher entre dois fornecedores? Entre 2 aços? Entre 2 tratamentos térmicos? Duas rotas de produção? 2 mercados? Um instituto imparcial dificilmente fará essas escolhas para a sua empresa. Serão feitas as análises cabíveis e necessárias para a comparação, mas quem irá “bater o martelo” será a sua equipe. É importante que quem receba os resultados tenha capacidade de decisão dentro da empresa, pois as consequências dela também serão suas.

Vantagens Financeiras

Sejamos realistas. Quanto custaria, dentro da sua empresa, deslocar 4 ou 5 especialistas, 3 máquinas e 1 laboratório para dedicar 100% do tempo, durante 2 anos, a resolver um problema específico com expectativa de sucesso discutível? O instituto de pesquisa tem a equipe, os equipamentos e o laboratório para oferecer, mas obviamente os custos serão equivalentes. É claro que é complicado abraçar esse risco, pois e se não der certo? E se der certo, a vantagem fica com quem? Para isso, existem as inúmeras formas de fomento e incentivos fiscais disponíveis para as empresas, institutos e universidades. Saber como financiar a sua pesquisa e como discutir propriedade intelectual é fundamental para decidir um bom escopo de projeto.

Conclusão

O que eu espero, ao longo das próximas edições, é mostrar o mundo real das parcerias entre indústria e a pesquisa. O que foi feito, quais eram as ideias no começo, que tipos de problemas foram enfrentados, de onde veio e para onde foi o dinheiro investido, quem se beneficiou com as novidades etc.

Faço o convite à comunidade acadêmica e aos demais institutos de pesquisa brasileiros para que me mandem seus casos de sucesso, suas histórias de parceria com indústria, suas modalidades de fomento à pesquisa disponíveis. Convido também ao empresário e ao colaborador de empresas que têm histórico positivo com esse tipo de projeto, para contar sua história neste canal.

Juntos vamos tentar mudar a visão do empreendedor brasileiro desse ramo nada fácil que é o forjamento, e mostrar que dá para investir em pesquisa e que os resultados podem valer muito a pena. Vamos contornar a crise e sair ganhando!

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Para melhor localizarmos nesta discussão, o emprego da MP (Metalurgia do Pó), nome utilizado para esta tecnologia, concorre com segmentos de forjados, fundidos e produtos longos usinados dentro das limitações de tamanho impostas pelo processo.

Neste tema, gostaria de relatar alguns momentos importantes em nosso país com fortes esforços feitos para alavancar esta tecnologia: no final da década de 1990, o Governo Federal disponibilizou investimentos para este campo e as empresas sistemistas e centros de pesquisas começaram a investir neste segmento, sendo que naquela época tínhamos as referências dos veículos americanos como benchmarking de aplicação. Relato nesse momento as abordagens locais dentro das OEM (Original Equipment Manufacturer – Fabricante do Equipamento Original) não eram expressivas e isso era facilmente verificado pela escassez de engenheiros automotivos participando dos eventos promovidos pelo setor.

Considero que o momento mais importante na tentativa de alavancar esta tecnologia se deu com a criação de um CPP (Centro de Processamento de Pós Metálicos) no IPEN (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares) / CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear) e o lançamento de uma Conferência Internacional de Metalurgia do Pó, em que toda a comunidade do setor passou a se encontrar bianualmente a partir do primeiro ocorrido em Águas de Lindóia, em 1997[1]. Interessante dizer que, a partir destes esforços, a formação de especialistas no setor aumentou consideravelmente e, com isso, a presença mais expressiva destes no campo automotivo.

A vantagem tecnológica da MP baseia-se na eliminação de usinagem e redução de processos produtivos em artefatos construídos com um controle preciso das misturas de ligas, atingindo as propriedades mecânicas determinadas pelo projeto e a possibilidade de ter misturas de elementos com quantidades superiores aos permitidos pelos processos tradicionais, como a fundição e aciarias. Porém, a tecnologia está limitada aos custos dos pós, processos de sinterização e tratamentos térmicos, e por isso existe uma enorme oportunidade de P&D para melhorias, e é a partir disso que pretendo localizar o leitor neste contexto.

As principais ligas automotivas são à base de ferro com adições de elementos ligantes. Exemplifico a liga Fe-Cr como sendo acessível e ainda muito utilizada, porém, com muitos problemas na manufatura, exigindo um controle preciso da atmosfera de sinterização e no ponto de orvalho dentro do forno. Em adicional, suas propriedades mecânicas, ainda que boas, estão limitadas devido a uma densidade máxima 6.95 g/cm3, sem contar o problema da redução da vida útil no ferramental advindo do desgaste abrasivo na compactação. Diante destas dificuldades, os interesses focam nas ligas à base de Fe-Mo, com temperabilidade similar, mas com uma maior compressibilidade, atingindo valores de densidade até maiores de 7.15 g/cm3.

Outro problema da tecnologia da MP está em superar a segregação de pós no momento de mistura, devido às densidades diferentes entre eles, causando uma desestabilidade dimensional após a finalização da sinterização. Meios alternativos com custos adicionais foram muito estudados e empregados, como a mistura mecânica e a difusão a quente, emprego de cola na separação dos elementos ligantes como a grafita e lubrificantes.

Atualmente, as empresas fabricantes de produtos sinterizados e outras de pós estão mais presentes nas montadoras e a ligação tênue entre elas passou a ser um dos pontos melhorados para um  sucesso que ainda está por vir. Enquanto isto, temos assistido a sua contínua aplicação em novos produtos, como arruelas, alavancas e buchas dentro das transmissões, porém, o momento de glamour ocorrerá com o desenvolvimento das engrenagens sinterizadas, tecnologia que já está bem avançada nos centros de pesquisas, em que o desafio principal está em equipar sua performance com as atuais forjadas, porém, com vantagens em massa e custos.

As oportunidades de P&D são amplas dentro deste setor e listo como pontos importantes as melhorias  das propriedade mecânicas, focando diretamente na  densificação das misturas através de controles especiais de composição química, a otimização da granulometria e geometria de partículas e os lubrificantes. Como um exemplo já conhecido, a mudança de lubrificantes à base do estearato de zinco para os novos tipos na cadeia do micro wax reduziu significativamente a participação em massa destes elementos de 1 para 0,3%, aumentando diretamente a densidade a verde dos produtos.

Outra linha de estudo muito promissora é a junção dos produtos PM (Pós Metálicos) com os aços, através de soldas ou sistemas mecânicos e químicos como parafusos, rebites, pinos travas e colas, podendo obter a sinergia das melhores qualidades dos processos. Porém, para isso existe um grande desafio: a presença de poros e a dissimilaridade dos materiais são um agravante na sua viabilização, as quais precisam ser bem estudadas.

Os PM estiveram muito tempo distante das demais tecnologias, mas com o avanço do acesso à informação, especialistas em outras áreas abordaram melhor estes produtos, aplicando com sucesso as tecnologias de tratamentos já conhecidas nas áreas de forjados, fundidos e laminados, como, por exemplo, a ferro oxidação, que tem um papel importante no fechamento dos poros superficiais e no aumento de dureza, e a nitretação como possibilidade de melhora na propriedade de abrasão.

Adicionalmente, os grandes avanços ocorreram na aplicação de multipós para diferentes regiões das peças, visando a redução de custo e a melhoria de propriedades em regiões específicas, com a possibilidade de tratamentos térmicos diretamente nas etapas de sinterização. Por fim, o desenvolvimento de prensas e processos mais rápidos também entra como um fator competitivo.

Diante de todo este cenário, concluo que a verdadeira fórmula de sucesso desta tecnologia está na proximidade dos sistemistas e fabricantes de PM apostando tecnicamente e até financeiramente em novos desenvolvimentos dentro das montadoras, que ainda é muito conservadora e normalmente prefere seguir com o tradicional e mais confiável.

Muito obrigado e até a próxima edição da IH.

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[1] Em memória de um grande amigo e um dos criadores desta conferência e impulsionador desta tecnologia no Brasil, Lúcio Salgado. Cerâmica vol.43 no.281-282, SP May/June/July/Aug. 1997.

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A aplicação do aço inoxidável nos produtos automotivos, principalmente no sistema de exaustão, merece uma atenção especial em vez de deixarmos as especificações globais ditarem as regras em nosso mercado local. Para iniciar este debate, devemos primeiro pensar a respeito da enorme evolução global dos materiais nestes produtos, ou seja, desde o emprego de ligas de aço carbono revestidas com zinco, evoluindo pelas revestidas com alumínio, inoxidáveis ferríticos e austeníticos e a aplicação dos austeníticos revestidos com alumínio.

Certamente, em nosso país, as mudanças da legislação brasileira e a acirrada concorrência no segmento automotivo foram as grandes motivadoras para a evolução destes materiais. Quando discutimos o tema tempo de garantia de veículos, um dos itens fortemente afetados é a resistência à corrosão do sistema de exaustão. Décadas atrás, os materiais para escapamentos usavam chapas de aço carbono revestidas com uma camada de alumínio, que na medida do possível tinham uma boa resistência à corrosão e atendiam precariamente ao tempo de vida da peça, mas com a entrada dos motores Flex e o aumento do tempo de garantia, estes materiais não mais atendiam às necessidades de desempenho. Portanto, iniciou-se no Brasil uma corrida em busca de novos materiais e tecnologias. Ainda neste contexto, relembro um agravante responsável por afetar o desempenho destes produtos, ou seja, o emprego do combustível etanol hidratado nos motores a combustão interna, o qual trouxe a presença de água diretamente no sistema em associação às variadas temperaturas decorrentes do emprego de catalizadores e, por fim, o meio corrosivo externo, resultando uma perda considerada da resistência à corrosão dos materiais envolvidos.

Ao mesmo tempo que estas mudanças estavam ocorrendo, iniciou-se uma procura incessante por reduções de custo e massa, levando ao afinamento das paredes das peças e tubos e à necessidade de aços inoxidáveis mais acessíveis economicamente. A revolução na aplicação de novos materiais foi enorme nestas últimas décadas, porém, hoje ainda estamos estudando possíveis melhorias e otimização destes materiais e, como exemplo, cito a liga ferrítica SS409, que é a mais comum, econômica e ainda tem uma forte preferência para uso. Mas é muito limitada para certas condições, as quais levam o setor automotivo a buscar materiais de classes mais resistentes e até partir em certos casos para as ligas austeníticas.

Atualmente, sabe-se que as opções de aços inoxidáveis nestes produtos automotivos são muito variadas e divergem entre montadoras e certamente impactam o custo devido à grande diversidade das especificações e volumes. Ainda que entendendo toda esta situação, afirmo que não temos as melhores respostas para qual material usar em vista da melhor oferta e desempenho e, portanto, digo como parte de melhorias neste campo, fornecedores de peças e montadoras deveriam se aproximar para otimizar suas ligas com as usinas e fornecedores de tubos, mas enquanto isso não ocorre de forma eficaz, resta-nos opinar os caminhos a seguir.

Primeiramente, inicio com a necessidade de novos estudos voltados aos processos produtivos destes aços, isto é, microestrutura e composição química respondem por grande parte do desempenho. Colocando esta informação de uma forma mais clara, estudos focados em tamanho de grão, segregação de elementos químicos e na estabilização dos carbonetos ainda são interessantes para aumentar a vida destes materiais antes de decidir para os mais caros e com melhores resistência à corrosão. Também nesta discussão entra um fator importante, que é o processo de soldagem, seja nas chapas ou nos tubos, no sentido de reduzir o aporte de calor nas regiões soldadas, o qual interfere fortemente na vida destes materiais, sendo um campo de P&D que merece muita atenção. Neste ponto, cito como um estudo de sucesso o emprego da soldagem Metal Cored no lugar do MIG tradicional, processo que vem sendo adotado por alguns fornecedores após os primeiros resultados já mostrarem grandes benefícios.

No campo da soldagem dos tubos com costura existe uma forte disputa entre os processos industriais, como o RW soldagem por resistência (Resistance Welding), laser ou TIG. Ou seja, a relação entre qualidade, custo de investimento, rapidez e eficiência é uma discussão constante para se decidir qual processo melhor atende o produto. Certamente, o RW e o Laser, ainda que complexos em suas regulagens, podem propiciar maior rapidez e qualidade, todavia, necessitam ter um volume adequado de produtos para justificar o alto investimento; por outro lado, o processo TIG, de baixo custo e fácil operação, ainda é uma opção eficiente para a maioria dos pequenos produtores de tubos.

Diante de todo este cenário ainda nos resta avaliar uma questão importante, a falta de opção local de matéria-prima e tubos para atender ao segmento automotivo, dificultando as discussões técnicas dentro de um campo de interesses comerciais. Penso que o domínio do conhecimento técnico deste produto, focando as condições ambientais associadas às visões de engenharias, pode ser bem melhor explorado, e a aproximação de todo segmento será fundamental para alcançar o sucesso em um produto melhor otimizado em termos de custo e desempenho, desacoplando o cenário comercial e aflorando a necessidade pura de conhecermos nossos produtos e sua condição de uso, mas isto só será possível com a presença de uma figura adicional, a universidade, que imparcialmente pode conduzir os P&D aplicados à indústria com total neutralidade de interesses.

Esta discussão é enorme e complexa, merecedora de atenção dentro das montadoras, sistemistas, usinas e da comunidade científica. Para concluir esta coluna faço uma colocação na contramão de toda esta discussão, mercados locais não oficiais de peças de reposição ainda ofertam peças de escapamentos com revestimento de zinco e certamente ainda existe um mercado consumidor para isto. Obrigado e até a próxima edição da IH.

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Nas últimas décadas, presenciamos uma evolução considerada nos aços automotivos com a criação das suas diversas classes de alta resistência, conhecidos como os aços AHSS, os quais têm proporcionado a manufatura de veículos mais leves, seguros e econômicos. Este avanço nas propriedades mecânica na maioria dos caso deve-se em parte por uma parcela de melhorias de processos de conformação durante a laminação e estampagem e a uma formulação favorável, advindas de mecanismos de difusão, discordâncias, microestruturas e fases microestruturais, e associo este avanço aos méritos dos metalurgistas que fizeram isto acontecer de uma forma muito científica; porém, nesta coluna, intenciono mostrar um outro cenário resultante deste avanço, que surgiu dentro do ramo automotivo e começo citando o processo de soldagem automotiva, que recentemente tem exigido muitos esforços dos engenheiros automotivos na manufatura veicular.

A região soldada ou junta durante seu processamento lida com conceitos básicos de fundição, tratamentos térmicos, metalurgia física e química e ainda depende fortemente do cenário atual de automação dos processos e a situação se acentua na superação da incompatibilidade decorrente da sua aplicação na soldagem de aços de alta resistência, que a partir de conceitos básico de juntas passou a ter desempenho estrutural no produto.

Objetivando abordar os pontos principais desta discussão, inicio primeiramente pelo alto valor de temperabilidade, baixa soldabilidade destes novos aços, dificuldade do aporte e transferência de calor, fragilização provocada pelo hidrogênio e, por fim, a sinergia de todos estes elementos em um só local de fusão, acarretando desde uma baixa molhabilidade da peça fundida até a formação de inclusões, óxidos e gases.

A otimização da massa e custo dos produtos ao longo dos anos têm reduzido as espessuras dos aços e os deixaram mais dependentes do comportamento mecânico da junta soldada; mas vamos ao ponto crítico de toda esta história, isto é, a associação direta das tecnologias de soldagem em relação aos contínuos avanços dos aços e projetos. Relato a importância das empresas ao lidarem com esta situação tecnológica em associação à escassez de formação de profissionais atualizados e qualificados pelo setor acadêmico. Fazendo uma analogia a um outro setor, a estratégia que poderíamos adotar assemelha-se muito à feita na área de elementos de fixação, onde parafusos e porcas passaram por momento similar no passado e foi quando a comunidade científica passou a dar uma atenção especial a este tema – e como, consequência, áreas e estratégias dedicadas foram criadas, formação de especialistas qualificados e o resultado na sequência foi um avanço significativo na tecnologia dos fixadores.

Adicionalmente, as novas estratégicas tecnológicas para lidar com os temas de soldagem automotiva são embrionárias e os esforços desacoplados no segmento, as empresas do ramo automotivo disputam os especialistas atuantes neste segmento e o resultado de tudo isto é um esforço adicional das engenharias para atingir as condições ideais de validação e manufatura do produto. A pergunta que surge neste momento é como poderíamos melhorar esta situação e tratá-la da mesma forma que ocorreu na soldagem da indústria do petróleo, onde a criticidade do meio levou a um elevado estado da arte. Entende-se que precisamos analisar este setor com mais atenção, entender e buscar oportunidades de melhorias e conectar todo o segmento de insumos, processos, controles e projetos no mesmo escopo.

“A aplicação do arame tubular na soldagem por adição, conhecida como Metal Cored, proveniente das plataformas de petróleo, inicia uma revolução tecnológica no setor automotivo em termos de qualidade, rapidez e desempenho, mas digo que esta aplicação ainda não passa de uma singela participação neste mercado, por isto, este é um campo rico para novos P&D”

Diante de todo este cenário, cito como exemplo positivo uma recente transferência de tecnologias entre segmentos industriais, ou seja, a aplicação do arame tubular na soldagem por adição, conhecida como Metal Cored, proveniente das plataformas de petróleo, inicia uma revolução tecnológica no setor automotivo em termos de qualidade, rapidez e desempenho, mas digo que esta aplicação ainda não passa de uma singela participação neste mercado, por isto, este é um campo rico para novos P&D.

Acrescentando novas visões a este universo, casos da soldagem a laser e brasagem têm enfrentado dificuldades globais, principalmente nos aços revestidos, onde a presença de Zn, Zn-Fe, Al-Si forma compostos indesejáveis na região de solda e interfere nas propriedades locais do aço e também no comportamento em corrosão.Mas o maior cuidado neste tema é o comportamento em fadiga destas juntas, onde trincas podem encontrar um local ideal para início, sejam elas por falha de soldagem, tensão residual ou incompatibilidade de materiais. Em adicional, as diferenças entre os volumes de produção local e global também podem agravar a situação, ou seja, menores produções de peças soldadas exigem processos mais simples, baixos investimentos em equipamentos e automações, situações facilmente encontradas em nosso país.

As oportunidades na área de soldagem automotiva são muitas e começo pelo ramo acadêmico, como criações de cursos especializados, facilidades para encontrar temas inovadores de P&D com apoio das empresas que atuam neste segmento e melhorias no processo de soldagem de produtos que certamente levarão a reduções de custos, de tempo de validações e ao aumento da robustez da junta soldada. Diante de toda esta situação expressada anteriormente, os desafios de soldagem aumentam com a evolução dos aços e, neste ponto, técnicas opcionais de fixação começam a ser uma opção no veículo, como por exemplo o adesivo, rebite, cola, junções por fricção, clinch e cravamento.

Finalizo esta coluna com um alerta à comunidade de engenharias para tratar este tema de forma multidisciplinar com uma visão das áreas de mecânica, produção, química e metalurgia e perseguir o estado da arte desta tecnologia. Muito obrigado e até a próxima edição.

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O processo de Aspersão Térmica Oxicombustível de Alta Velocidade (HVOF) possui importantes vantagens em comparação com os outros processos de aspersão, além de funcionar através de uma pistola que proporciona grande mobilidade e não requerer câmaras com ambiente controlado, dentre as quais é possível citar:

– Baixo ataque térmico ao substrato;

–  Possibilidade de deposição de diversos revestimentos com elevada adesão;

– Baixa porosidade em comparação com os outros processos de aspersão.

Metodologia a ser Empregada

Os revestimentos a serem utilizados serão selecionados por suas propriedades, tais como resistência a elevadas temperaturas, dureza, resistência à abrasão, adesão e tenacidade. Os aços que receberão os revestimentos são o aço AISI H13 e alternativamente o aço Thermodur.

No desenvolvimento deste trabalho serão utilizados equipamentos para realizar ensaios de abrasão, de fadiga de contato e para avaliação dos coeficientes de atrito, dentre vários outros para a caracterização do aço e revestimento. O trabalho envolverá ensaios de forjamento a quente a serem realizados no ambiente laboratorial, bem como em empresas do setor.

Resultados Preliminares

A avaliação de desempenho de um revestimento à base de WC (Carboneto de Tungstênio) foi realizada para o processo de forjamento a quente de um componente automotivo conhecido como garfo, o qual aplica-se na construção de eixos Cardan. Na Fig. 1, tem-se uma foto ilustrativa do garfo forjado, esta peça pesa cerca de 3,8 Kg.

O forjamento de um lote com 900 peças foi programado para um conjunto de ferramentas fabricadas na condição convencional e outro lote de 900 peças para as ferramentas revestidas (Fig. 2 e 3).

Na Fig. 4 é apresentada micrografia do revestimento obtido, sendo possível observar a porosidade típica deste processo de recobrimento e sua espessura de 0,17mm.

Teste da esfera-sobre-disco realizado sobre amostras revestidas revelou uma redução do valor médio do coeficiente de atrito de Coubomb de 0,66 para 0,42, bem como uma redução da largura das trilhas, indicando diminuição do desgaste e boa adesão.

Desempenho da Matriz Revestida na Produção

Através dos resultados apresentados na tabela 1 é possível observar que o forjamento com a ferramenta revestida possibilitou um aumento na produção em 37,5% se comparado com o processo convencional. Houve também redução de 75% em situações nas quais a prensa permaneceria parada.

Nas Figs. 5 e 6 seguem fotos de peças pertencentes ao final do lote programado de 900 peças. Observa-se claramente melhor legibilidade da gravação na condição com as ferramentas revestidas, comprovando o menor desgaste.

O comportamento das matrizes revestidas é mais estável quanto aos requisitos de fabricação, e este aspecto possibilitou melhor desempenho de todos os fatores relacionados à produtividade. Outra vantagem deste revestimento é que ele permite usinagem posterior e redeposição, no entanto, estas características ainda precisam ser melhor estudadas.

Agradecimentos

O autor agradece à divisão de forjados da Dana Albarus e à empresa Rijeza pela disponibilidade para realização dos testes em produção. Assim como à CAPES e CNPq pelo financiamento de bolsas de pesquisa. O autor também agradece aos alunos de doutorado Angela Selau Marques e Jorge Antônio Huff e à aluna de mestrado Vanessa Moura pelas valiosas contribuições.

[our_team image=”” title=”Referências” subtitle=”” email=”” phone=”” facebook=”” twitter=”” linkedin=”” vcard=”” blockquote=”” style=”vertical” link=”” target=”” animate=””][/our_team]

[1] Huff JA. Avaliação do desempenho de matrizes para forjamento a quente revestidas por carboneto de cromo através do processo HVOF. Orientador: prof. Dr. Alexandre da Silva Rocha. Porto Alegre: Mestrado UFRGS/PPGE3M; 2009;

2] Lima CC, Trevisan R. Aspersão térmica – Fundamentos e aplicações. São Paulo: Artliber; 2007;

[3] Byrer TG. ASM – Forging Handbook – Introduction and applications. Cleveland: Forging Industry Association; 1985;

[4] Schneider KE, Belashchenko V, Dratwinski M, Siegmann S, Zagorski A. Thermal spraying for power generation components. Weinheim: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co. KgaA; 2006;

[5] Fauchais PL, Heberlein JV, Boulos MI. Thermal spray fundamentals. New York: Springer; 2014.

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Detalhando a questão, percebe-se que parte dos P&D globais estão focando nas áreas de processamento para viabilizar em fundição peças com paredes mais finas e a eliminação de defeitos internos, outros na área de produtos planos com a aplicação de ligas de maior desempenho e maior estampabilidade e, por fim, uma linha de estudo mais arrojada, a estampagem a quente de alumínio da série AA 7000. Sendo mais específico nesta discussão, cito a aplicação do alumínio nos blocos de motores como uma técnica já bem conhecida, porém, desembarcada recentemente no Brasil, onde o ferro fundido tem sido o carro-chefe na produção de nossos motores; já na aplicação em suspenção, ainda não é uma realidade brasileira a produção local de frames e braços controles em alumínio, levando estes componentes a serem importados.

Parte do problema está na falta de fabricantes locais e certamente na falta de investimentos dos sistemistas em tecnologias mais modernas e, por fim, a ausência de confiança local na aplicação destes materiais com uma rota viável de produção. No campo de forjado, por aqui o alumínio é muito embrionário para as peças com dimensões maiores, como,por exemplo, rodas forjadas e braços de suspenção; continuando, o problema também abrange os fornecedores de sistemas de refrigeração, que, em alguns casos, sempre importam ligas de alumínios como os “cladeados” e outros monopolizam o fornecimento do produto de tubos estrudados de precisão e ditam seu elevado custo local.

A discussão anterior é muito ampla, mas no intuito de nos direcionar nesta coluna, abordarei apenas os produtos planos estampados como a maior aposta em nosso país para um futuro de médio-longo prazo e, por isto, intenciono o debate para este assunto.

Quando partimos para uso de produtos planos de alumínio, como, por exemplo, o desenvolvimento de um capô ou uma porta de alumínio na série AA 6000, para se ter uma viabilização de custo, precisa-se redefinir todo o projeto do veículo e não apenas a troca das peças de aço por outra projetada em alumínio, este fato é importante, porque a viabilização de custo deste novo componente exige uma otimização de todo o projeto do veículo para as peças inter-relacionadas ou até a eliminação de outras que são consideradas reforços, redução de espessuras e otimização de molas.

Neste sentido, o sucesso da alteração de aço para o alumínio está atrelado na dificuldade da proposta nascer junto com o projeto do veículo e não apenas de intercambialidade das peças. Por outro lado, enquanto o mundo já tem uma estratégia consolidada para emprego do alumínio, o Brasil depende dos modelos ou projetos de veículos que virão para o nosso país, que em via de regra são projetos de veículos populares que empregam aço como material prioritário.

Para agravar a situação atual por aqui, os fabricantes de alumínio não investem neste segmento para este propósito, isto é, quando decidiremos o emprego do alumínio da série AA 6000, o qual apresenta excelente conformação e a possibilidade de aumento de resistência durante a etapa de cura da pintura, dependeremos da importação desta matéria-prima, aumentando o custo deste produto, e neste momento existe um dilema clássico: “só investe se existe demanda e só se projeta se existe fornecimento local”, enquanto isto ficamos sem uma estratégia clara para estes materiais. Interessante notar que o segmento de aço aposta pesado nas novas tecnologias de “Hot Stamping” para se ter a redução de massa necessária das peças estampada na estrutura do veículo, e na parte externa, a redução de espessuras de estampados para até 0,55 mm no aço, dificultando a aposta do ganho de massa quando usado alumínio.

Quando o Brasil tiver seu momento de aplicação do alumínio, que certamente deverá ser na próxima década, ainda restará aprender como se fixa estas peças, se é por solda, brasagem, adesivo ou rebite, e ainda como processá-las em linhas produtivas junto com o aço e em banhos de pinturas sem contaminação do meio, fato já conhecido mundialmente.

Enfim, a discussão é enorme e requer debates específicos para se discutir os pontos interessantes deste futuro por aqui e o presente lá fora, mas o momento atual Brasileiro é crítico e deve atrapalhar muito as estratégias atuais para um futuro próximo.

Um abraço e até a próxima edição!

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Inicialmente, afirmo que o governo americano é um forte incentivador de estudos colaborativos entre as montadoras de veículos em parcerias com institutos e universidades, mas o mais interessante é que as montadoras, concorrentes entre si, conduzem trabalhos em forma de consórcios colaborativos. Poderíamos dizer que esta situação dificilmente seria praticada em nosso país, até que uma iniciativa de três anos, finalizada em parte até setembro, deste ano, na USP, mudou a nossa visão de história; não intenciono fazer marketing deste trabalho, e sim avaliar como um observador que acompanhou os seus desdobramentos, para no final concluir a possibilidade de fazermos deste exemplo outros de sucesso, e para isto pretendo analisar a estratégia adotada e aceita pelo governo e participantes.

Partindo de uma legislação brasileira para melhorar o consumo de combustíveis em nossos motores Flex de combustão interna, beneficiando-se de incentivos fiscais, e ofertar produtos melhores ao consumidor, levaram a criação de um consórcio nacional denominado Triboflex, composto por montadoras, universidades, fornecedores e a Petrobras, e apoiado pela modalidade de fomento BIOEN da FAPESP, com foco principal em aspectos tribológicos, até então pouco estudados em nosso país devido à escassez de equipamentos avançados laboratoriais, como os tribômetros e interferômetros 3D. Trata-se de um projeto alicerçado nos pilares de eficiência energética, meio ambiente e a durabilidade do produto como fator de competitividade.

A pergunta que fica neste momento é como isto foi viabilizado e, portanto, inicio este debate indicando as necessidades particulares de cada um dos participantes como o motivador principal desta união.

O caráter deste tipo de P&D baseia-se na identificação dos interesses particulares como a parte mais importante na formação do grupo, seguidos pela identificação de um estudo focado, as competências técnicas dos envolvidos e o potencial laboratorial presente para avaliação experimental. Fica evidente que a verdadeira proposta estava atrelada em um dilema clássico, a pura necessidade de se conhecer algo a mais a respeito de motores Flex, a qual nossas matrizes automotivas são incapazes de nos disponibilizar.

“Pensando pelo lado das estratégias políticas, a maioria das montadoras com centros de P&D fora do Brasil não poderia apoiar uma iniciativa local para o FC a etanol, ao menos que fossem direcionados para isto e pelo governo”

A regra de sucesso adotada foi a associação dos professores, alunos bolsistas como mão de obra para geração de conhecimento, a utilização da estrutura laboratorial presente nas instituições públicas e a viabilização de recursos das empresas e identificação de temas de interesses focados precisamente nos objetivos coletivos dos participantes e, neste sentido, partir para a criação de células de estudos para condução de temas em específicos, interligados com a proposta principal do estudo. No caso do Triboflex, houve a separação de dois campos de P&D, materiais e lubrificantes, nos quais vários grupos começaram a trabalhar focando temas específicos, mas dentro da mesma matriz de interesse, todos orquestrados principalmente pela gestão de um líder, Prof. Amilton Sinatora, idealizador e responsável pelo consórcio. Entendo que o gerenciamento direto de uma proposta tem que gerar a motivação da iniciativa, que através de um conhecimento de causa opina-se a favor dos interesses técnicos, identificando objetivos que deverão ser perseguidos e também as diferenças culturais e necessidades de cada setor.

Interessante abordar que a confidencialidade não foi um tema crítico ao desenrolar dos estudos, porque, quando não existe praticamente conhecimento em uma área, fica impossível classificá-lo ou protegê-lo; de uma forma mais clara: primeiro precisamos conhecer para onde podemos ir para, depois, escolher o caminho a seguir. Este consórcio atuou claramente na primeira parte. Diante de todas estas observações, destaco a real importância do potencial de estudo dentro das universidades e institutos, mas sempre guiados pela relevância das metas da nossa indústria e, por fim, o governo como fomentador deste empreendimento.

Avaliando o lado de custos deste tipo de iniciativa, identifico que os valores desembolsados pelas empresas neste caso específico não equivalem nem aos custos anuais de contratação de um engenheiro, e as horas dedicadas ao P&D não passam de reuniões mensais para acompanhamento dos projetos, algo que se justifica facilmente dentro de uma organização, e funcionários das empresas são envolvidos em estudos de Stricto Sensu, gerando um maior grau de motivação e compromisso aos temas, e, em adicional, durante a etapa de qualificação destes alunos, percebe-se a participação formal de responsáveis pelo consórcio no sentido de opinar a favor do enquadramento do tema para os objetivos do projeto.

Diante destes fatos de P&D mostrados anteriormente que são raros em nosso meio, finalizo esta coluna afirmando que o real diferencial brasileiro não está na forma que o governo, empresas e institutos atuam, e sim na motivação de líderes que conseguem agregar e direcionar estes grupos, sendo os verdadeiros impulsionadores de P&D, preparados naturalmente para a características adversas de nosso país. Parabéns para este time do Triboflex, motivo de orgulho para o Brasil.

Obrigado e até a próxima.

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[1] Link do site do projeto: www.bv.fapesp.br/pt/auxilios/35174/desafios-tribologicos-em-motores-flex-fuel/

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O ensaio de tração é o mais simples para o levantamento de curvas de escoamento para pequenas deformações. Durante o ensaio, um corpo de prova é tracionado uniaxialmente e a deformação de seu comprimento útil é registada juntamente com a força necessária para provocar essa deformação. Uma das grandes vantagens desse ensaio é o fato de ele estar perfeitamente normalizado por várias instituições como ABNT, AISI, ASTM, DIN, etc. Outra grande vantagem é que não existe movimento relativo (e, portanto, atrito) entre o corpo de prova e as ferramentas de ensaio. A desvantagem do ensaio de tração, como método para levantamento de curvas de escoamento destinadas ao uso em processos de conformação mecânica, é que a deformação máxima obtida, para o caso de ligas metálicas, dificilmente ultrapassa 30%. Nos processos de conformação mecânica, por outro lado, a deformação pode atingir valores muito maiores do 100%. A Fig.1 mostra uma típica curva de escoamento obtida através do ensaio de tração para materiais metálicos dúteis. Esse tipo de representação é denominado curva de escoamento nominal ou convencional e é construído a partir dos conceitos de deformação relativa (?) e tensão convencional (s), onde:

Sendo l_i o comprimento instantâneo do corpo de prova durante o ensaio, l_0; seu comprimento inicial de referência; A_0, a área inicial da seção transversal do corpo de prova; e F a força instantânea aplicada.

Uma segunda representação da curva de escoamento pode ser construída a partir dos conceitos de deformação verdadeira (f) – também denominada logarítmica ou efetiva – e de tensão verdadeira (k_f), sendo que:

Onde F é a força instantânea aplicada e A_i, a área instantânea de seção transversal do corpo de prova. A Fig.2 mostra esquematicamente o comportamento das duas curvas quando obtidas através do ensaio de tração.

No ensaio de compressão, um corpo de prova cilíndrico (amostra) é comprimido entre duas placas planas enquanto são registradas a variação da altura instantânea do mesmo e a força instantânea necessária para provocar a deformação. O ensaio de compressão é utilizado quando se deseja testar o material até altos valores de deformação. Não é usual representar a curva de escoamento convencional a partir do ensaio de compressão. Para construção da curva de escoamento verdadeira utiliza-se as mesmas definições de (f) e (k_f) do ensaio de tração. A Fig.3 [2] mostra esquematicamente três etapas do ensaio. Embora o ensaio de compressão a temperatura ambiente também esteja perfeitamente normalizado, quando se deseja obter curvas de escoamento a altas temperaturas muitas variáveis acabam por ser definidas pelo próprio laboratório que está construindo as curvas. A principal vantagem do ensaio de compressão é a simplicidade geométrica do corpo de prova. A desvantagem é que, como existe movimento relativo entre a amostra e as ferramentas de ensaio, surgem na interface amostra/ferramenta tensões de atrito que levam ao embarrilamento da amostra (representada à direita na Fig.3). Devido ao atrito e ao embarrilamento da amostra, o ensaio deixa de ser uniaxial. Além disso, o atrito faz com que a força total medida seja maior do que a força necessária para deformar o corpo de prova em um estado uniaxial de tensões. Assim, para a construção precisa da curva de escoamento a partir do ensaio de compressão, correções devem ser feitas[1].

O ensaio de torção tem a vantagem de permitir que sejam atingidas elevadas deformações sem a interferência do atrito. A sua desvantagem em relação ao ensaio de compressão está na complexidade geométrica do corpo de prova. Outra desvantagem é que o tratamento matemático dos dados experimentais para a obtenção da curva de escoamento (k_f) versus (f) é um tanto mais complexo do que nos casos dos ensaios de tração e compressão. A Fig.4 mostra esquematicamente um corpo de prova de torção e as grandezas experimentais medidas durante o ensaio. Durante o ensaio, a amostra é um momento torçor ou binário (Mt), o qual é registrado juntamente com a deformação angular (?) que provoca. O tratamento matemático desses dados para a obtenção da curva de escoamento é detalhado na bibliográfia do Schaeffer[1] e Rodrigues[3].

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[1] Schaeffer, L.; Brito, A. M. G.; Soares, S. R.. Curvas de escoamento: métodos e aplicações. In: XIII Seminário Nacional de Forjamento, 1993, Porto Alegre. Anais do XIII Seminário Nacional de Forjamento. Porto Alegre, 1993, p. 148-182;

[2] Marques, A. S.. Estudo do forjamento de peças vazadas a partir de geratriz tubular. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais (PPGE3M), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), 2013;

[3] Rodrigues, J. M. C.; MARTINS, P. A. F.. Tecnologia mecânica: tecnologia da deformação plástica, vol. 1 – fundamentos teóricos. Lisboa: Escolar Editora, 2005.

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Quando pesquisamos as fontes de financiamento público é sentido um nítido favorecimento de temas exclusivamente estratégicos para a comunidade brasileira e outros secundários, isto é, alguns segmentos de financiamento favorecem campos específicos, aprovando itens de interesse em particular. Da mesma forma que o governo trata este assunto, as empresas também o fazem, mas de uma maneira mais concentrada dentro do ambiente empresarial.

Fornecendo mais ferramentas para assimilar esta questão, deixo o leitor entender que quando pretende-se criar um campo de P&D, e assim, partimos para um interesse pontual, estará na mão do empreendedor o planejamento do tema, mas por outro lado, como já discutimos em colunas anteriores, a eficiência de vários pequenos estudos de P&D, relacionados entre si, tem uma forte importância no sucesso da tecnologia, mas são nestes casos, casos que o pesquisador determina o planejamento do estudo, o qual, eventualmente, pode estar em descompasso com as estratégias políticas de uma empresa ou públicas.

Dando mais ênfase a esta discussão, vamos tratar o caso dos veículos elétricos e híbridos. Há quase 20 anos atrás presenciamos um forte interesse de muitos pesquisadores locais em estudar as células de combustível (FC) baseadas em sistemas de etanol puro, todavia, estávamos desalinhados com o mundo, onde o interesse era o emprego hidrogênio direto na célula, percebia-se que apenas o Brasil era o maior interessado no etanol, resultando em uma falta de apoio desta iniciativa por parte das montadoras globais, colapsando os estudos que poderiam começar a partir daí.

Décadas depois, observamos que nem a célula de combustível a hidrogênio decolou como a principal matriz energética, o que percebemos foi, posteriormente, um interesse forte e crescente nos sistemas híbridos que já estão usuais em veículos.

Esta mudança global no interesse da matriz energética veicular, baseada corretamente da situação tecnológica do produto e na cadeia de suprimentos, tem atrasado em dezenas de anos as aplicações das células a combustível, tempo suficiente para o etanol ser muito bem estudado e também se tornar uma opção local em um futuro próximo.

Pensando pelo lado das estratégias políticas, a maioria das montadoras com centros de P&D fora do Brasil não poderia apoiar uma iniciativa local para o FC a etanol, ao menos que fossem direcionados para isto e pelo governo. Neste ponto, relembro o Programa Brasileiro do Álcool, Proálcool, em 1975, que teve uma base política forte e estruturada que atingiu o sucesso nos motores OTTO, atrelado a vários incentivos fiscais e empréstimos bancários para os produtores de cana-de-açúcar e a indústria automobilística brasileira.

Voltando ao caso dos veículos híbridos, a pergunta que faço é no sentido de onde entra o Brasil neste cenário global, e fica difícil avaliar esta questão, o que nos parece mais lógico sempre será a importação destes produtos e/ou componentes, visto que trata-se de uma tecnologia que se renova e avança a cada ano, não havendo espaço para perda de tempo e tentativas, restando para nós os componentes e peças similares conhecidas e utilizadas nos veículos ao ciclo OTTO.

Resumindo a discussão, o Brasil não conseguirá se igualar ao globo em tempo real nesta tecnologia, mas poderíamos ser diferentes e criar algo que realmente levaríamos vantagem neste cenário e somos privilegiados, como o produto etanol na matriz energética, porém, este é um ponto que cabe aos nossos governantes apoiar e incentivar através de suas políticas públicas.

Finalizando o comentário, se o estudo do etanol nas FC fosse iniciado intensivamente naqueles primórdios, teríamos uma chance de ter desenvolvido um sistema de FC de alto rendimento e que não se contaminasse durante uso e daí poderíamos oferecer uma solução que despertaria a atenção global neste futuro que está chegando.

Um abraço e até a próxima edição.

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