Escalamento de produção de biela de compósito autolubrificante produzido por metalurgia do pó em planta piloto

Abstract

O aumento de eficiência dos sistemas mecânicos é de fundamental importância para diminuir o consumo energético e as emissões de gases que contribuam para o aquecimento global. Desta maneira, a otimização de sistemas tribológicos é uma das principais formas de otimizar os sistemas mecânicos. A utilização de lubrificação fluida, mais comum estratégia para diminui o atrito e o desgaste em superfícies em contato e movimento relativo, pode não ser eficaz em algumas situação. Nestes casos, a lubrificação sólida é uma alternativa, sendo os compósitos com o lubrificante sólido disperso no volume, umas das soluções utilizadas na indústria. A metalurgia do pó é a principal técnica de fabricação que permite ajustar as características microestruturais para se obter um material que alie boas propriedades mecânicas com desempenho tribológico. O Laboratório de Materiais do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina desenvolveu nos últimos 20 anos compósitos autolubrificantes com propriedades mecânicas e tribológicas bastante competitivas em aplicações industriais. No entanto, produzir componentes com o material desenvolvido é um desafio que exige a disponibilidade de uma planta de metalurgia do pó. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é a produção de um componente que utiliza material compósito autolubrificante em equipamentos industriais de fabricação via metalurgia do pó instalados no laboratório. Foram utilizadas ferramenta de controle estatístico de processo, como capabilidade, gráfico de controle, correlação e análise de variância para identificar os parâmetros de processamento, principalmente compactação, capazes de atingir a menor variabilidade possível. O primeiro lote produzido no ferramental de compactação apresentou uma elevada variabilidade nas alturas das peças e uma diferença do valor de projeto do diâmetro interno dos olhais. Com o desenvolvimento do trabalho foram identificados parâmetros que são capazes de produzir componentes com um índice de capabilidade acima dos padrões industriais. Os resultados apresentados neste trabalho comprovam a viabilidade de produzir um componente em equipamentos industriais com o compósito autolubrificante desenvolvido no LabMat. Por fim o componente produzido em escala piloto foi testado em produto, apresentando um desempenho dentro do especificado, mostrando-se um material promissor para substituição de tratamentos termoquímicos normalmente utilizados para esse componente.

Abstract: Increasing the efficiency of mechanical systems is of fundamental importance to reduce energy consumption and gas emissions that contribute to global warming. In this way, the optimization of tribological systems is one of the main ways to optimize mechanical systems. The use of fluid lubrication, the most common strategy to decrease friction and wear on surfaces in contact and relative motion, may not be effective in some situations. In these cases, solid lubrication is an alternative and composites with the solid lubricant dispersed in the volume are one of the solutions used in the industry. Powder metallurgy is the main manufacturing technique that allows adjusting the microstructural characteristics to obtain a material that combines good mechanical properties with tribological performance. Materials Laboratory of the Mechanical Engineering Department of the Federal University of Santa Catarina has developed in the last 20 years self-lubricating composites with very competitive mechanical and tribological properties in industrial applications. However, producing components with the developed material is a challenge that requires the availability of a powder metallurgy plant. In this context, the objective of this work is the production of a component that uses self-lubricating composite material in industrial equipment via powder metallurgy installed in the laboratory. Statistical process control tools, such as capability, control chart, correlation and analysis of variance were used to identify processing parameters, mainly compaction, capable of achieving the lowest possible variability. The first batch produced in the compaction tooling showed a high variability in the heights of the parts and a difference in the design value of the inner diameter of the eyebolts. The development of the work shown that some parameters used were identified that are capable of producing components with a capability index above industrial standard. The results presented in this work prove the feasibility of producing a component in industrial equipment with the self-lubricating composite developed in LabMat. Finally, the component produced on a pilot scale was tested in product, presenting a performance within the specified, showing a promising material to replace the thermochemical treatments normally used for this component.