Já alguma vez se perguntou por que razão aparecem fissuras em peças metálicas durante o fabrico? Nesta publicação perspicaz do blogue, vamos mergulhar no intrigante mundo das fissuras de forjamento, fissuras de tratamento térmico e fissuras de matérias-primas. O nosso engenheiro mecânico especialista irá guiá-lo através das causas, identificação e prevenção destes defeitos comuns, fornecendo-lhe conhecimentos valiosos para melhorar os seus processos de fabrico.
Existem vários tipos de fissuras: como as fissuras das matérias-primas, as fissuras causadas pelo tratamento térmico e as fissuras de forjamento, que podem ser confusas.
A sua identificação é uma ação importante, pois ajuda a localizar com precisão o local onde ocorreu a fissura, o que pode ajudar a analisar a razão pela qual esta ocorreu.
Em primeiro lugar, é necessário clarificar os conceitos de "fissuras nas matérias-primas" e "fissuras de forjamento". As fissuras que ocorrem após o forjamento devem ser consideradas como "fissuras de forjamento".
No entanto, os principais factores que levam à formação de fissuras de forjamento podem ser classificados da seguinte forma:
Para fazer uma diferenciação grosseira, as fissuras podem ser classificadas pela sua morfologia macroscópica. As fissuras transversais não estão geralmente relacionadas com o material de origem, enquanto as fissuras longitudinais requerem uma análise que combine a morfologia da fissura e o processo de forjamento.
Descarburação em ambos os lados de uma fenda indica que esta ocorreu durante o forjamento. Para saber se foi causada pela matéria-prima ou pelo processo de forjamento, é necessária uma análise baseada na metalografia e no processo.
Para peças do mesmo modelo e do mesmo lote, as fissuras de forjamento estão normalmente localizadas na mesma posição e estendem-se relativamente pouco ao microscópio com descarbonização em ambos os lados. As fissuras do material podem não ocorrer repetidamente no mesmo local e podem ter uma profundidade variável ao microscópio. Existe ainda alguma regularidade a observar e analisar.
As fissuras do material alinham-se principalmente com a direção longitudinal do material. Existem duas tipos de forjamento fissuras: uma causada por sobreaquecimento e oxidação que leva à descarbonetação perto da fissura, enquanto a outra causada pelo fenómeno de rasgamento da estrutura durante o forjamento a frio do ferro pode ser distinguida através da metalografia.
O objetivo da forja é o seguinte:
Por conseguinte, devem existir certos defeitos no interior da matéria-prima para forjar. As peças forjadas de grandes dimensões são frequentemente forjadas diretamente a partir de lingotes de aço, que contêm inevitavelmente um grande número de defeitos de fundição. A forja razoável também pode forjar os chamados defeitos.
Por conseguinte, a racionalidade do processo de forjamento é o principal fator que determina se o forjamento irá rachar.
É claro que, com base num processo de forjamento estável, se forem estabelecidos requisitos de controlo explícitos para os graus de defeitos das matérias-primas antes do forjamento e se o fenómeno de fissuração aparecer devido a defeitos das matérias-primas que excedam os requisitos durante o forjamento, isto pode ser considerado como "fissuras de forjamento causadas por defeitos nas matérias-primas".
Os problemas de fissuras requerem uma análise específica, associada à análise do processo de forjamento e à consideração da existência ou não de uma atmosfera protetora durante o processo de aquecimento.
O forjamento deve ser o processo de forjar e compactar as fissuras da matéria-prima. As incrustações de óxido são geralmente apertadas e cinzentas, enquanto os resíduos sujos e soltos do processo de amostragem são pretos.
A análise do espetro de energia pode sempre distingui-los quando os outros métodos não são suficientes.
As fissuras de forjamento formam-se geralmente a altas temperaturas durante a deformação do forjamento. Quando as fissuras se expandem e entram em contacto com o ar, ao microscópio com uma ampliação de 100X ou 500X, as fissuras podem ser vistas com escamas de oxidação e descarbonetação em ambos os lados, sendo a estrutura essencialmente ferrítica.
As características morfológicas destas fissuras são o facto de serem relativamente espessas e existirem frequentemente em múltiplas formas, sem uma extremidade pontiaguda clara, relativamente redondas e puras, e sem uma direccionalidade clara.
Para além destas formas típicas, podem por vezes aparecer fissuras de forjamento mais finas. A descarbonetação em torno da fenda não é completa, mas parcial.
Exemplos típicos de fissuras de forjamento incluem:
Mais óxido nos bordos da fenda.
As fissuras de forjamento formam-se durante o processo de forjamento do aço e podem ser atribuídas a várias razões. Predominantemente, podem ser divididas em duas grandes categorias: as fissuras de forjamento causadas por defeitos da matéria-prima e as induzidas pelo próprio processo de forjamento.
Os defeitos das matérias-primas incluem furos residuais de contração, inclusões no aço, bolhas subcutâneas, poros de contração, manchas brancas e laminações. Estes defeitos podem já existir no aço antes do forjamento e, se não forem removidos ou tratados, podem levar à formação de fissuras durante o processo de forjamento.
O manuseamento incorreto durante o processo de forjamento é também uma causa significativa de fissuras de forjamento. Isto inclui o sobreaquecimento, a combustão excessiva ou uma temperatura final de forjamento demasiado baixa, bem como um arrefecimento demasiado rápido após o forjamento. Todos estes factores podem conduzir a tensões internas excessivas no forjamento, provocando assim fissuras.
Para evitar a ocorrência de fissuras de forjamento, podem ser adoptadas várias medidas. Por exemplo, o lingote selecionado deve ser cuidadosamente limpo de todos os defeitos superficiais e submetido a um tratamento adequado de homogeneização a alta temperatura para eliminar as tensões internas residuais e a segregação do grão, aumentando assim a plasticidade do metal.
Além disso, a melhoria do processo de forjamento, como o aumento adequado do raio de filete, a redução da tensão de cisalhamento e a limitação das áreas de deformação na fase final do forjamento, também pode ajudar a evitar a formação de fissuras.
Para as fissuras de forjamento existentes, podem ser utilizados determinados métodos de reparação. Por exemplo, a soldadura por arco submerso é uma técnica eficaz de reparação de fissuras, capaz de completar automaticamente o processo de soldadura sob a camada de fluxo, reparando eficazmente as fissuras.
Além disso, as fissuras transversais superficiais em grandes peças forjadas podem ser removidas após a deteção através de limpeza por chama para evitar que as fissuras aumentem no forjamento subsequente.
As fissuras produzidas durante o processo de arrefecimento e aquecimento apresentam diferenças significativas em termos de natureza e morfologia em comparação com as fissuras formadas durante o processo de forjamento e aquecimento.
No caso dos aços estruturais, a temperatura de tratamento térmico é geralmente muito inferior à temperatura de forjamento.
Mesmo no caso dos aços rápidos e dos aços de alta liga, o tempo de aquecimento e de isolamento é muito mais curto do que o da temperatura de forjamento. A fissuração precoce pode ocorrer durante o processo de aquecimento em resultado de temperaturas de tratamento térmico excessivamente elevadas, produzindo fissuras distribuídas ao longo de limites de grão mais grosseiros.
Quando a velocidade de aquecimento da peça é demasiado rápida, pode também ocorrer fissuração precoce, com uma ligeira descarbonetação em ambos os lados da fissura, mas estão presentes escamas de oxidação no interior e na cauda da fissura.
Por vezes, devido a um mau funcionamento do instrumento, temperaturas extremamente elevadas podem causar a estrutura de grão grosso do material, com a fissura distribuída ao longo do limite cristalino tubular.
Um exemplo típico de fissuras de arrefecimento é o seguinte:
Ao microscópio com uma ampliação de 500X, a fenda aparece serrilhada, com uma extremidade inicial larga e uma pequena fratura final. Não há qualquer inclusão metalúrgica anormal ou descarbonetação presente na fenda, que se estende de forma serrilhada, tendo características típicas de fendas de têmpera.
Causas das fissuras de forjamento:
Durante o processo de forjamento, o aço pode fissurar devido a defeitos na superfície ou no interior do material, tais como fissuras capilares, buracos de areia, inclusões, bolhas subsuperficiais, buracos de contração, pontos brancos ou laminações.
Os processos de forjamento deficientes ou as operações incorrectas, tais como o sobreaquecimento, a combustão excessiva ou temperaturas finais de forjamento demasiado baixas, bem como o arrefecimento demasiado rápido após o forjamento, também podem causar fissuras nas peças forjadas.
Causas das fissuras provocadas pelo tratamento térmico:
As fissuras de arrefecimento são fissuras macroscópicas causadas principalmente por tensões macroscópicas. Na produção real, as peças de aço devem-se frequentemente a uma conceção estrutural pouco razoável, a uma seleção inadequada dos materiais, a um controlo insuficiente da temperatura durante a têmpera ou a taxas de arrefecimento inadequadas, o que, por um lado, aumenta a tensão interna durante o arrefecimento, levando à expansão das microfissuras formadas para formar fissuras macroscópicas de arrefecimento.
Por outro lado, o aumento do número de fissuras microscópicas diminui a resistência do material à fratura frágil SK, aumentando a probabilidade de formação de fissuras de arrefecimento.
Existem muitos factores que afectam a fissuração por têmpera, pelo que aqui apenas apresentamos alguns casos comuns encontrados na produção.
(1) A temperatura indicada pelo instrumento é inferior à temperatura real do forno, resultando numa temperatura de têmpera mais elevada, fazendo com que a peça de trabalho sobreaqueça e rache durante a têmpera. A estrutura metalográfica da fissuração por têmpera sobreaquecida contém sempre grãos grosseiros e martensite.
(2) O valor real teor de carbono do aço é superior ao teor especificado pela classe de aço. Quando temperado de acordo com a norma processo de arrefecimento do grau original, equivale a aumentar a temperatura de têmpera do aço, o que é fácil de causar sobreaquecimento e crescimento do grão das peças, e aumentar a tensão durante a têmpera, causando fissuras.
É importante distinguir se se trata de fissuras de têmpera, fissuras de revenido, fissuras de forjamento ou fissuras de retificação, a fim de identificar com exatidão o processo em que as fissuras ocorreram e analisar as razões da sua formação.
Em primeiro lugarPara distinguir as fissuras de arrefecimento das fissuras de retificação, é necessário prestar atenção às diferenças na morfologia das fissuras de arrefecimento e das fissuras de retificação. Para distinguir entre fissuras de arrefecimento e fissuras de esmerilagem, que podem não ser detectadas durante o arrefecimento mas são encontradas após a esmerilagem, preste atenção à forma das fissuras, especialmente à direção do seu desenvolvimento.
As fissuras de esmerilagem são perpendiculares à direção de esmerilagem, aparecendo em forma de linha paralela ou em forma de carapaça de tartaruga. As fissuras de retificação são mais superficiais, enquanto as fissuras de têmpera são geralmente mais profundas e maiores.
As fissuras de arrefecimento não estão relacionadas com a direção de moagem e aparecem frequentemente como fissuras rectas do tipo corte de faca.
Em segundo lugarprestar atenção ao local onde ocorrem as fissuras. Os cantos afiados, os bordos dos orifícios, as inscrições, a estampagem ou os defeitos mecânicos da superfície e outras áreas onde ocorrem fissuras são, na sua maioria, fissuras de arrefecimento.
Em terceiro lugarPara distinguir as fissuras de arrefecimento das fissuras de forjamento ou das fissuras causadas por outras condições, é necessário observar a superfície de fratura da peça.
Se a superfície da fenda for branca, branca escura ou vermelha clara (causada pela ferrugem da água durante arrefecimento com água), pode determinar-se que se trata de uma fenda de têmpera. Se a superfície da fenda for castanha escura, com escamas de óxido uniformes, não se trata de uma fenda de têmpera; é uma fenda pré-existente que se formou durante o forjamento ou laminagem e que foi expandida durante a têmpera.
Uma vez que as fissuras de arrefecimento se formam abaixo da Ponto MSA sua superfície não pode ser oxidada.
Em quarto lugarNa microestrutura, as fissuras de têmpera fracturam ao longo dos limites dos grãos. Se não forem ao longo dos limites do grão, mas no interior dos grãos, são fissuras de fadiga.
Em quinto lugarSe houver descarbonetação em torno das fissuras, não se trata de uma fissura de têmpera, mas de uma fissura pré-existente antes da têmpera, porque as fissuras de têmpera são produzidas durante a têmpera e não ocorre descarbonetação.
As técnicas mais recentes para prevenir as fissuras de forjamento incluem principalmente o seguinte:
Otimização do processamento de materiais: Ao melhorar questões como a segregação transversal de impurezas nocivas de baixo ponto de fusão, tais como S, P, Sb, Bi, Pb, Sn no módulo de forjamento, ou a presença de microfissuras transversais, a criação de fissuras de têmpera pode ser eficazmente evitada. Isto implica ajustar a composição química e o tratamento térmico do material antes do forjamento para minimizar o impacto destas impurezas.
Melhoria dos processos de forjamento: Para o controlo de qualidade da dobragem e fissuração do forjamento em matriz de liga de alumínio, o princípio da prevenção é enfatizado e é proposto um método que combina tecnologia de processo e gestão da produção. Isto significa que, durante o processo de forjamento, o foco deve ser colocado na seleção do equipamento, na conceção do molde e na otimização dos parâmetros de forjamento para reduzir a ocorrência de fissuras.
Adoção de técnicas de deteção avançadas: Ao efetuar uma deteção rápida e precisa nas peças forjadas, os potenciais problemas de fissuras podem ser descobertos a tempo. Isto inclui a observação da microestrutura do material com microscópios de alta precisão e a utilização de raios X ou outros métodos de ensaio não destrutivos para avaliar a qualidade geral do material. Isto permite a intervenção antes da formação de uma fissura.
Aplicação de medidas rigorosas de controlo da qualidade: Na produção de forja, deve ser estabelecido um sistema abrangente de gestão da qualidade. Desde a seleção das matérias-primas até à inspeção dos produtos acabados, todas as etapas devem ser executadas rigorosamente de acordo com as normas. Isto inclui a manutenção regular e a calibração do equipamento de forjamento, bem como a formação dos operadores para garantir que compreendem e executam corretamente o processo de forjamento.
Para identificar e avaliar com exatidão o impacto dos defeitos das matérias-primas na formação de fissuras durante o processo de forjamento, é necessário compreender primeiro os principais defeitos das matérias-primas e o seu impacto na qualidade das peças forjadas. Os defeitos internos ou superficiais das matérias-primas, tais como a segregação da composição e da estrutura, as inclusões não metálicas, a segregação de dendrite e a porosidade, podem todos afetar potencialmente o processo de conformação e a qualidade final das peças forjadas. Por conseguinte, a identificação destes defeitos é o primeiro passo para avaliar o seu impacto na formação de fissuras.
Em seguida, podemos analisar o impacto dos parâmetros de forjamento (como a velocidade) nos mecanismos de formação de defeitos típicos, como os defeitos de dobragem, através da simulação de elementos finitos e da conceção experimental. Isto permitir-nos-á ainda avaliar os riscos potenciais que estes defeitos representam para a formação de fissuras.
Além disso, a utilização de métodos de controlo ultrassónico e de técnicas de correntes parasitas pode avaliar eficazmente a profundidade de fissuras superficiais e internas em produtos metálicos, fornecendo uma base para a caraterização quantitativa de defeitos de fissuras.
A tecnologia de processamento de imagem é também um meio importante para identificar e avaliar a formação de fissuras. Os métodos de deteção e marcação de fendas implementados através de software como o Matlab podem ajudar a identificar potenciais áreas de fendas para análise posterior.
Além disso, os métodos baseados na aprendizagem profunda podem promover ainda mais a medição automática da largura das fissuras, avaliando assim com maior precisão o risco potencial de danos estruturais.
Durante o processo de forjamento, para reduzir eficazmente as fissuras causadas pelo sobreaquecimento, pela combustão ou por uma temperatura final de forjamento demasiado baixa, podem ser adoptadas as seguintes operações específicas:
Controlar a velocidade e o tempo de aquecimento:
Utilizar métodos de aquecimento rápido e minimizar o tempo de aquecimento em fases de alta temperatura para evitar defeitos de descarbonetação e defeitos de sobreaquecimento. Isto ajuda a melhorar a plasticidade do metal, tornando-o mais fácil de sofrer grandes deformações sem fissurar.
Controlar rigorosamente a temperatura inicial de forjamento e a temperatura final de forjamento:
Para diferentes tipos de aço, como o aço estrutural de carbono e o aço de liga para ferramentas, a temperatura inicial de forjamento deve ser ajustada de acordo com o seu teor de carbono. Especialmente para o aço inoxidável, deve ser selecionada a temperatura inicial de forjamento adequada e a temperatura final de forjamento não deve ser inferior a 950°C para evitar fissuras de forjamento.
Proteger o lingote antes do aquecimento:
Quando as condições o permitirem, aplicar uma camada protetora (como pó de vidro) no lingote antes do aquecimento para reduzir a descarbonetação e evitar o sobreaquecimento e a combustão.
Assegurar uma deformação suficiente e técnicas de funcionamento correctas:
Durante o processo de forjamento, a temperatura final de forjamento do último fogo deve ser rigorosamente controlada e deve ser assegurada uma deformação suficiente para evitar fissuras. Ao mesmo tempo, deve prestar-se atenção às boas técnicas de funcionamento do processo de forjamento para evitar fissuras causadas por um funcionamento incorreto.
Para o método de limpeza por chama de fissuras transversais na superfície de grandes peças forjadas, podem ser feitas melhorias e optimizações nas seguintes áreas:
Adotar tecnologia avançada de limpeza por chama: Com base na análise da máquina de limpeza por chama SMS-20, a tecnologia de limpeza por chama pode efetivamente remover defeitos de superfície. Ao otimizar a profundidade de limpeza, a eficiência e a qualidade da limpeza podem ser melhoradas. Por conseguinte, a introdução de equipamento e tecnologia de limpeza por chama mais eficientes e avançados, tais como sistemas automáticos de limpeza por chama, pode melhorar significativamente os resultados da limpeza.
Otimizar o processo de forjamento: Uma vez que o material F92 é propenso a defeitos de fissuras superficiais durante o processo de forjamento, especialmente quando o teor de liga de Cr e W é elevado, a eficiência tradicional de "varrimento" da chama é muito baixa. Por conseguinte, a otimização do processo de forjamento, como o ajuste dos parâmetros de forjamento e a melhoria da conceção do molde, pode, em certa medida, reduzir ou evitar a ocorrência de fissuras superficiais transversais.
Combinar com outras tecnologias de limpeza: Embora a limpeza por chama seja um método eficaz de tratamento de superfícies, também se pode considerar a sua utilização em combinação com outras tecnologias de limpeza para obter melhores resultados de limpeza. Por exemplo, os processos de limpeza por decapagem ou granalhagem podem melhorar ainda mais a qualidade da superfície. Este método de combinação de várias tecnologias pode ter melhores efeitos de limpeza para determinados defeitos de superfície específicos.
Aplicação da tecnologia de controlo inteligente: Com o desenvolvimento da tecnologia de controlo inteligente, a aplicação destas tecnologias ao processo de limpeza por chama permite obter um controlo e uma operação mais precisos, melhorando assim a precisão e a eficiência da limpeza. Isto inclui a monitorização em tempo real do processo de limpeza e o ajuste automático dos parâmetros de limpeza.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
PT 
EN 
DE 
ES 
FR 
NL 
RU 