CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DOS REVESTIMENTOS DE CARBONETO DE TUNGSTÉNIO (WC) DEPOSITADOS EM AÇO 4340 POR IRRADIAÇÃO LASER DE CO2


STRUCTURAL CHARACTERIZATION OF TUNGSTEN CARBIDE (WC) COATINGS DEPOSITED ON 4340 STEELS BY CO2 LASER IRRADIATION

Autores

DOI:

https://doi.org/10.18066/revistaunivap.v30i67.4451

Resumo

A utilização de revestimentos que imbuem elevada dureza a ferramentas industriais, torna-se uma estratégia de gestão de custos de manutenção. Considerando a capacidade de revestimento para aumentar a vida útil das peças, especialmente as ferramentas de corte e as que estão sujeitas a elevados graus de tensão de variação física e térmica. Consequentemente, nos últimos anos, a pesquisa e desenvolvimento de revestimentos industriais tem crescido, visando a aplicação de revestimentos com elevada dureza para ferramentas de corte com matrizes bem misturadas para formar compósitos. Neste sentido, os revestimentos de carboneto de tungsténio (WC) são um dos mais utilizados em sistemas de geração de energia, indústria aeroespacial, automóvel e de transportes devido às suas propriedades, que combinam alta dureza e resistência ao desgaste. O presente trabalho objetivou verificara investigação da melhoria das propriedades mecânicas do aço AISI 4340 através da deposição de revestimento de WC pulverizado por pistola pneumática e subsequente irradiação laser de CO2. As amostras foram caracterizadas por microscópio electrónico de varredura, microscópio óptico e teste de micro indentação (medições de micro dureza e de módulo de elasticidade). Os resultados mostram que é possível obter revestimentos com elevada dureza, sem poros e ligados metalurgicamente ao substrato.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Biografia do Autor

Silvelene Alessandra Silva, INPE

Licenciado em Engenharia Electrotécnica pela Universidade do Vale do Paraíba - UNIVAP (2005) Mestrado e Doutoramento em Engenharia e Tecnologia Espacial pelo Instituto Nacional de Investigação Espacial (INPE) na área de Ciência e Tecnologia de materiais e sensores (2015). Tem experiência na concepção, construção e caracterização de circuitos electrónicos, síntese e caracterização de pós nanoparticulados de alumina, tratamentos térmicos por microondas de pós e fabricação e caracterização de sensores de humidade ambiente cerâmicos sob a forma de filmes com eléctrodos de ouro implantados. Investigação pós-doutoral no Instituto de Estudos Avançados (IEAv) e no INPE na área de revestimento, processamento de materiais e estruturação de peças mecânicas com laser contínuo e pulsado actuando até 2022.

Vitor Ribeiro Jardim, Instituto de Estudos Avançados

Mestrando em Ciências e Tecnologias Espaciais

Paulo Paiva Oliveira Leite Dyer, Instituto Tecnológico de Aeronáutica

Engenheiro Ambiental pela Universidade Estadual Paulista UNESP, campus Sorocaba (2012), Mestre em Ciências, na área de Infraestrutura Aeronáutica pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITA (2018), Doutor em Ciências, na área de Infraestrutura Aeronáutica pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITA (2022). Atualmente é pesquisador no Instituto de Estudos Avançados. Integrando a equipe do projeto: Aplicação de revestimentos de barreira térmica em turbina de motor foguete a propulsão líquida (Chamada CNPq N20/2022 Faixa A), como bolsista (DTI-A-A). Atuando em diversas frentes do desenvolvimento do projeto. Destacando a análise e interpretação de resultados laboratoriais de revestimentos, como: preparação metalográfica de amostras, analise microestrutural, análise mecânica de superfícies (dureza, desgaste e ancoramento), resistência à corrosão e propriedades cristalográficas. Possui treinamento em equipamentos de microscopia óptica, testes de tribologia e dureza. Destas frentes de atuação, também se destaca o desenvolvimento de programações (linguagem PHYTON) no Software Robo DK. Possui treinamento nesta ferramenta, além do software Top Solid. Atua na coordenação e orientação de alunos de Iniciação científica, no âmbito do desenvolvimento de práticas laboratoriais e redação de artigos e relatórios. Participou ativamente no lançamento das frentes de parametrização de processos por laser cladding para revestimentos de aço ferramenta H13, pós de Ni-Ti, NiCrAlY e outros pós cerâmicos. Participando com trabalhos em congressos. Também possui experiência na área de infraestrutura e meio ambiente. Especificamente no emprego de resíduos sólidos em projetos de construção civil como material de preenchimento. Registrou uma patente e publicou diversos trabalhos em importantes periódicos internacionais nesta área. Além de ter participado com trabalhos em congressos nacionais e internacionais

Getúlio de Vasconcelos, Instituto de Estudos Avançados

Bacharel em Física pela Universidade de Taubaté (1988), mestrado em Física pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (1997) e doutorado em Ciências, na área de Tecnologia Nuclear- Materiais pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (2004). Atualmente é pesquisador do Centro Técnico Aeroespacial. Tem experiência na área de Física, com ênfase em Instrumentação Específica de Uso Geral em Física e desenvolvimento de máquinas de sinterização seletiva laser e dispositivos de aspersão a frio. Atua na área de processamento de materiais por lasers, onde possui trabalhos publicados na área de sinterização de compactos intermetalicos, tratamento térmico aço de AISI M2 e aço carbono, produção e caracterização de materiais particulados por lasers. Possui experiência profissional nas seguintes áreas: protective coating, revestimentos cerâmicos, sinterização por lasers, laser sintering, laser clading, laser hardening, tratamento térmico com laser, cadinhos para evaporação, têmpera por laser. Membro da Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração - ABM

Referências

Abioye, T. E. (2014). Laser Deposition of Inconel 625/Tungsten Carbide Composite Coatings by Powder and Wire Feedstock. 2014. 324 f. [Thesis Doctoral on Philosophy], Mechanical, Materials and Manufacturing Engineering, University of Nottingham.

Almeida, D. S. (2005). Study of ceramic coatings on metallic substrate, obtained by physical deposition of electron beam vapors for application as thermal barrier. [Thesis Doctoral on Engineering and Technology Space], Materials Engineering, National Institute for Space Research.

Amancio, D. A. (2018). Production and characterization of hard metal - tungsten carbide (WC) with addition of stainless steel AISI 316l as cobalt substitute. [Thesis Doctoral in Design and Manufacturing], Institute of Mechanical Engineering, Federal University of Itajubá.

Bobzin, K., Kalscheuer, C., & Hassanzadegan Aghdam, P. (2022). Impact resistance and properties of (Cr, Al, Si) N coatings deposited by gas flow sputtering with pulsed DC supply. Advanced Engineering Materials, 24(4), 2101021. doi: https://doi.org/10.1002/adem.202101021

Callister Jr., W. D., & Rethwisch, D. G. (2010). Materials Science and Engineering an Introduction (8.ed.). Willey.

Cardoso, A. S. M. (2011). Mechanical and microstructural characterization of SAE 4340 and 300M steels after laser beam welding and plasma nitriding. [Thesis Master of Science], Lorena Faculty of Engineering, University of São Paulo.

Cinca, N., Lavigne, O., Koivuluoto, H., Dosta, S., Conze, S., Hoehn, S., Drehmann, R., Kim, C., Matikainen, V., Silva, F. S., Jafari, R., Tarrés, E., & Benedetti, A. V. (2022). Characterization of the microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of submicron WC-12Co coatings produced by CGS and HVAF compared with sintered bulk material. In International thermal spray conference (pp. 750-755). DVS Media GmbH.

Fan, S., Kuang, T., Xu, W., Zhang, Y., Su, Y., Lin, S., Wang, D., Yang, H., Zhou, K., Dai, M., & Wang, L. Effect of pretreatment strategy on the microstructure, mechanical properties and cutting performance of diamond coated hardmetal tools using HFCVD method. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 101(105687), 2021. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105687

Ferreira, C. D. B., Modenesi, P. J., & Santos, D. B. (2015). Influence of abnormal austenite grain grain growth in quenched ABNT 5135 steel. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineracao, 12(1), 50-57. doi: http://dx.doi.org/10.4322/2176-1523.0682

Galvão, N. K. A. M., Vasconcelos, G., Santos, M. V. R., Campos, T. M. B., Pessoa, R. S., Guerino, M., Djouadi, M. A., & Maciel, H. S. (2016). Growth and Characterization of Graphene on Polycrystalline SiC Substrate Using Heating by CO2 Laser Beam. Materials Research, 19(6), 1329-1334. doi: http://dx.doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2016-0296

Jardim, V. R. (2020). Characterization of tungsten carbide coatings deposited by laser fusion on titanium alloy Ti-6Al-4V. [Thesis Master on Physics and Applied Mathematics], Physics Department, Aeronautical Technological Institute.

Krishna, B. V., Misra, V. N., Mukherjee, P. S., & Sharma, P. (2002). Microstructure and properties of flame sprayed tungsten carbide coatings. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 20(5-6), 355-374.

Lee, J., Jang, J., Joo, B., Son, Y., & Moon, Y. (2009). Laser surface hardening of AISI H13 tool steel. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 19(4), 917-920. doi: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(08)60377-5

Maillet, H., (1987). The laser: Principles and techniques of application (2 ed.). Monole.

Oliveira, D. A. L., Corat, E. J., Trava-Airoldi, V. J., Lobo, A. O., & Marciano, F. R. (2012). Influence of the silicon interlayer on diamond-like carbon films deposited on glass substrates. Revista Univap, 18(31), 112-121.

Padilha, A. F. (2000). Engineering Materials: Microstructure and Properties. Hemus.

Pinedo, C. E., & Magnabosco, R. (2015). On the mechanisms of plasma nitriding of martensitic stainless steel AISI 420 at low and high temperature. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineracao, 12(3), 257-264. doi: http://dx.doi.org/10.4322/2176-1523.0844

Pita, R. S. P., & Silva, S. A. (2017). Characterization of CO2 laser irradiated tungsten carbide (WC) coating on 4340 steel. Report to Institutional Program of Scientific and Technological Initiation of Institute for Advanced Studies Final Report: CGPIBICTI-EFO-2017. Institute for Advanced Studies. doi: http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.24558.38722

Reis, J. L. (2014). Surface thermal treatment of steel by CO2 laser. [Thesis Master on Mechanics], Mechanics Engineering, Technological Institute of Aeronautics.

Silva, C. M., Cunha, T. V., & Mikowski, A. (2017). Mechanical and microstructural analysis of welds produced by submerged arc welding with ultrasonic pulse current. Revista Matéria, 22(4). doi: http://dx.doi.org/10.1590/S1517-707620170004.0230

Silva, S. A., Volú, R. M., Dyer, P. P. O. L., Oliveira, A. C. C., & Vasconcelos, G. (2019). Study of the metallurgical bond between 316 steel substrates and NiCrAlY coating sprayed by HVOF and irradiated with a low power CO2 laser. Revista Matéria, 24(3). doi: https://doi.org/10.1590/S1517-707620190003.0782

Silva, V. C., & Paredes, R. S. C. (2016). Evaluation of the Creq./Nieq. ratio for the heat-sprayed AF2209 coating deposited by thermal spray with and without preheating. Revista Matéria, 21(2), 470-481. doi: http://dx.doi.org/10.1590/S1517-707620160002.0044

Suresh, R. S., Basavarajappa, S., & Samuel, G.L. (2012). Some studies on hard turning of AISI 4340 steel using multilayer coated carbide tool. Measurement, 45(7), 1872–1884 2012. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2012.03.024

Teleginski, V., Santos, J. C. G., Chagas, D. C., Azevedo, J. F., Costa Oliveira, A. C., & de Vasconcelos, G. (2016, October). Parameters Evaluation of Bond-Coat Deposited by CO2 Laser Beam for Aeronautical Turbine Blades. In Materials Science Forum (Vol. 869, pp. 685-688). Trans Tech Publications Ltd. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.869.685

Vasconcelos, G., Silva, S. A., Yamin, L. S., & Ribeiro, V. (2017). CO2 laser beam covering with WC and graphite on 4340 steel. In Anais do VI Simpósio de Ciência, Tecnologia e Inovação do IEAV. https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/49/047/49047019.pdf

Vasconcelos, G.; Chagas, D. C. & Dias, A. N. (2012). Covering with Carbon Black and Thermal Treatment by CO2 Laser Surfaces of AISI 4340 Steel. In Dan C. Dumitras (Ed.). CO2 Laser: Optimisation and Application (pp.275-282). InTech. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.727-728.340

Vieira Jr, L. E., Rodrigues Neto, J. B., Klein, A. N., Hotza, D., & Moreno, R. (2016). Production and characterization of an Fe-Ni alloy obtained by aqueous colloidal processing and solid state reaction. Revista Matéria, 21(4), 921-929. doi: http://dx.doi.org/10.1590/S1517-707620160004.0085

Xu, R.-G., Chen, Z., Chen, P., & Peng, G. (2022). Special Issue: Mechanical Properties of Advanced Multifunctional Coatings. Coatings, 12(5), 599. doi: https://doi.org/10.3390/coatings12050599

Ybarra, L. A. C., Molisani, A. L., Rodrigues, D., & Yoshimura, H. N. (2008). Effects of the characteristics of the industrial tungsten and tungsten carbide powders on the microstructure and hard metal hardness for rock drilling tools. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 3(2), 10-25. http://www2.ufcg.edu.br/revista-remap/index.php/REMAP/article/viewFile/74/93

Downloads

Publicado

2024-06-26

Como Citar

Silva, S. A., Ribeiro Jardim, V., Paiva Oliveira Leite Dyer, P., & de Vasconcelos, G. (2024). CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DOS REVESTIMENTOS DE CARBONETO DE TUNGSTÉNIO (WC) DEPOSITADOS EM AÇO 4340 POR IRRADIAÇÃO LASER DE CO2. Revista Univap, 30(67). https://doi.org/10.18066/revistaunivap.v30i67.4451

Edição

Seção

Ciências Exatas e da Terra

Artigos mais lidos pelo mesmo(s) autor(es)