Investigação da soldagem pta-p visando aplicações de revestimentos em moldes de injeção

Abstract

A aplicação de peças em alumínio injetado em alta pressão para a fabricação de componentes de baixo peso é uma tecnologia cada vez mais utilizada no setor automotivo. Neste contexto, tem-se moldes de injeção de alumínio que são constantemente expostos a esforços repetitivos de compressão, tração e flexão. Seus componentes sofrem com desgaste e fadiga térmica, podendo afetar a qualidade do componente injetado e resultar na sua falha. Portanto, torna-se vital o desenvolvimento de novas tecnologias visando a melhoria da vida útil das ferramentas de injeção de alumínio, associado com melhor desempenho em serviço. Dentro deste cenário, uma das alternativas no qual se vislumbra grande potencial para a melhoria da vida útil das ferramentas é o emprego de revestimentos por soldagem. Assim, o processo Plasma de arco transferido com alimentação de material na forma de pó (PTA-P) possui considerável destaque, pela sua capacidade de realizar depósitos com baixos índices de diluição e bom acabamento superficial. Considerando o potencial de aplicação deste processo, o presente trabalho visa prospectar a aplicação do processo PTA-P no revestimento de cavidades e insertos de moldes de injeção de alumínio. Isto, a fim de buscar soluções para redução de custo e melhoria na vida útil dos moldes. Para tanto, foi realizada a estruturação de bancadas de ensaios com o intuito de caracterizar a taxa de alimentação de diferentes pós, assim como a avaliação sistemática da influência das principais variáveis e parâmetros de processo para uma dada configuração operacional, na morfologia dos depósitos e, principalmente, no índice de diluição. Como substrato foram utilizados o aço carbono ASTM A36 e aço AISI H13, além dos pós metálicos Inconel 625 e Stellite 1 como materiais de adição. Como resultado, considerando a construção do conhecimento obtido com a parametrização do processo PTA-P foi possível realizar depósitos com índice de diluição inferior a 10%, na deposição da liga de Inconel 625 sobre o aço carbono ASTM A36. Além disso, foi possível observar a presença de trincas transversais na deposição da liga do Stellite 1 sobre substrato de aço AISI H13. Portanto, para adequada deposição do Stellite 1, verificou-se a necessidade de uma camada intermediária de Inconel 625 a fim de eliminar as trincas transversais no revestimento superficial do aço AISI H13. Com o emprego do Stellite 1 obteve-se depósitos de elevada dureza (~500 HV), próximo ao limite inferior de dureza de acordo com os valores fornecidos pelo fabricante do pó. Logo, a elevada dureza obtida com o emprego do Stellite 1 nos depósitos que, associado com a sua composição química, se vislumbra como potencial solução no revestimento dos moldes para mitigar os problemas de microtrincas e aumentar a sua vida útil.

Abstract: The application of high pressure injected aluminum parts for the manufacture of low weight components is a technology increasingly used in the automotive sector. In this context, aluminum injection molds are constantly exposed to repetitive compression, traction and bending stresses. Its components suffer from wear and thermal fatigue, which can affect the quality of the injected component and result in its failure. Therefore, it is vital to develop new technologies aiming at improving the lifetime of aluminum injection tools, associated with better performance in service. Within this scenario, one of the alternatives in which there is great potential for improving the lifetime of tools is the use of coatings by welding. Thus, the Plasma transferred arc process with powder as filler material (PTA-P) has considerable prominence, due to its ability to make deposits with low dilution rates and good surface finish. Considering the potential of application of this process, the present work aims to prospect the PTA-P process in the study of coatings in cavities and inserts of aluminum injection molds. This, in order to seek solutions to reduce costs and improve the lifetime of the molds. For this purpose, test benches were structured in order to characterize the feed rate of different powders, as well as the systematic evaluation of the influence of the main variables and process parameters for a given operational configuration, on the morphology of the deposits and, mainly in the dilution index. ASTM A36 carbon steel and AISI H13 steel were used as substrate, in addition to Inconel 625 and Stellite 1 metallic powders as addition materials. As a result, considering the construction of the knowledge obtained with the parameterization of PTA-P process, it was possible to make deposits with a dilution index of less than 10%, in the deposition of Inconel 625 alloy on ASTM A36 carbon steel. In addition, it was possible to observe the presence of transverse cracks in the deposition of Stellite 1 alloy on AISI H13 steel substrate. Therefore, for proper deposition of Stellite 1, it was verified the need for an intermediate layer of Inconel 625 to eliminate transverse cracks in the surface coating of AISI H13 steel. With the use of Stellite 1, deposits of high hardness (~500 HV) were obtained, close to the lower limit of hardness according to the values provided by the powder manufacturer. Therefore, the high hardness obtained with Stellite 1 deposits, which, associated with its chemical composition, is seen as a potential solution in the coating of molds to mitigate the problems of micro cracking and increase its lifetime.