Já alguma vez se perguntou porque é que o aço falha por vezes de forma inesperada? Nesta publicação esclarecedora do blogue, vamos mergulhar profundamente no fascinante mundo dos defeitos do aço. Como engenheiro mecânico experiente, vou esclarecer os vários tipos de falhas que podem comprometer a resistência e o desempenho do aço. Descubra as causas ocultas por detrás destas imperfeições e saiba como as identificar e prevenir. Prepare-se para obter informações valiosas que mudarão para sempre a forma como vê o aço!
Os defeitos do aço referem-se a várias ocorrências anómalas na superfície ou no interior do aço durante a sua produção ou utilização que podem afetar o seu desempenho e qualidade.
Os defeitos de superfície mais comuns no aço incluem fissuras, riscos, dobras, orelhas, crostas (pele pesada), cicatrizes de soldadura e rebarbas de extremidade. Para além disso, existem defeitos de superfície típicos como óxidos de laminagem, manchas, fendas, superfícies com buracos e inclusões.
As causas dos defeitos do aço são diversas, tais como danos graves ou desgaste da ranhura do rolo do tipo de furo anterior, metais estranhos que caem sobre as peças laminadas e são pressionados para a superfície do aço, ou defeitos na superfície da peça laminada da passagem anterior. A atmosfera oxidativa durante o aquecimento também leva à oxidação do aço, formando óxidos como FeO, Fe2O3, Fe3O4 na superfície da peça.
As técnicas de deteção de defeitos do aço dividem-se principalmente em deteção visual manual tradicional e deteção automatizada baseada na visão computacional. Nos últimos anos, os métodos baseados na aprendizagem profunda, como o YOLOv5 e o YOLOv7, têm sido amplamente aplicados na deteção automática de defeitos na superfície do aço.
Para certos defeitos específicos, como bandas, eles podem ser eliminados através do método de recozimento por difusão a alta temperatura. Este processo envolve o aquecimento acima de 1050 ℃ para permitir a difusão uniforme do átomo de carbono, eliminando assim as bandas.
Os defeitos do aço não só afectam as propriedades físicas do aço, como também podem apresentar riscos de segurança durante a utilização. Por conseguinte, a deteção e o tratamento dos defeitos do aço são cruciais para garantir a qualidade do aço e a sua utilização segura.
As razões e os mecanismos específicos para os defeitos no aço incluem principalmente os seguintes pontos:
Defeitos de superfície: Estes defeitos incluem fissuras, riscos, dobras, orelhas, etc. A formação de fissuras pode dever-se a bolhas subsuperficiais no lingote de aço, a fissuras não limpas e a inclusões não metálicas que se rompem ou se estendem durante a laminagem, bem como a fissuras internas no lingote de aço que se expandem e se expõem à superfície durante a laminagem. Além disso, factores como condições de arrefecimento inconsistentes em ambos os lados da placa de aço, temperatura irregular da peça laminada, deformação irregular durante o processo de laminagem e arrefecimento irregular com água pulverizada no percurso do rolo da correia de aço também podem causar defeitos na superfície.
Defeitos internos: Estes incluem resíduos de retração, delaminação, manchas brancas, segregação, inclusões não metálicas, folgas, etc. Estes defeitos são causados principalmente por razões relacionadas com o equipamento, o processo e a operação durante o processo de fabrico do aço.
Defeitos de forma e tamanho: Estes defeitos podem estar relacionados com problemas de controlo da dimensão durante a produção do aço. Embora o mecanismo específico de geração não esteja detalhado na informação que procurei, pode inferir-se que está relacionado com o controlo da temperatura, a distribuição da pressão e outros factores durante o processo de produção.
Outros factores: Por exemplo, as deficiências causadas pelo equipamento, pelo processo e por razões operacionais durante o processamento de fundição e laminagem (forjamento) do aço-carbono, incluindo crostas, inclusões não metálicas, etc. Além disso, o impacto de factores irresistíveis, como as propriedades do material e a tecnologia de processamento na produção de aço, pode também causar diferentes tipos de defeitos na superfície, como escamas de laminagem, manchas, etc.
Os materiais constituem a base para a produção de ferramentas duradouras. Durante a produção efectiva, são frequentemente encontrados vários tipos de defeitos nos materiais.
Hoje, vamos esclarecê-lo sobre os 16 tipos de defeitos do aço para que seja cauteloso na seleção das matérias-primas.
Após a realização de um teste de corrosão ácida em aço, descobriu-se que algumas regiões da superfície da amostra não eram densas e apresentavam vazios visíveis.
Estes vazios, que aparecem como manchas escuras com tonalidades de cor desiguais em comparação com outras áreas, são conhecidos como porosidade.
Quando a porosidade está concentrada na parte central da amostra, é designada por porosidade central, enquanto que se estiver distribuída uniformemente na superfície, é designada por porosidade geral.
Tanto o GB/T9943-2008 para o aço-ferramenta de alta velocidade como o GB/T1299-2014 para o aço-ferramenta têm regulamentos específicos relativos à porosidade do aço, mas os fornecimentos excedem frequentemente a norma.
A porosidade tem um impacto significativo na resistência do aço, e os seus principais riscos são os seguintes:
Uma vez que a porosidade afecta o desempenho do aço, o aço para ferramentas tem requisitos rigorosos para os níveis de porosidade permitidos.
As figuras 1 e 2 mostram φ90mm W18Cr4V (abreviado como W18) matérias-primas siderúrgicasO modelo de um filme de vidro, que mostra os padrões de porosidade e de fissuração da porosidade após um tratamento térmico de ataque com HCl 1:1.
A Figura 3 mostra uma imagem de uma fresa com ranhuras em aço W18Cr4V que sofreu fissuração grave devido à escassez durante o tratamento térmico, tal como se pode ver através do ataque térmico com 1:1HCl.
Figura 1 Porosidade central
Figura 2 Fendas no aço de porosidade central durante o forjamento de biletes
Figura 3 Fissuras no material da fresa de entalhe devido à porosidade durante o tratamento térmico
Durante a fundição de um lingote, o aço líquido condensa-se e encolhe na parte central, formando um orifício tubular conhecido como retração.
Normalmente, o encolhimento é encontrado perto do alimentador na cabeça do lingote e deve ser removido ao formar o tarugo.
No entanto, a parte que não pode ser completamente removida é designada por resíduo de retração.
Embora seja ideal remover completamente a retração, as siderurgias dão frequentemente prioridade à eficiência da produção e deixam um resíduo, resultando em consequências irreversíveis para os processos subsequentes.
A Figura 4 mostra o aço W18 de φ70mm com resíduos de retração e porosidade severa, tal como se pode ver através do condicionamento térmico com HCl 1:1.
A Figura 5 mostra o aço W18 de φ70mm com resíduos de retração que formaram fissuras após a laminagem, como se pode ver através do ataque térmico com HCl 1:1.
Há alguns anos, uma empresa deparou-se com resíduos de retração ao serrar aço M2 de φ75mm.
Figura 4
Figura 5: Fissuras causadas pela contração do aço W18
As fissuras longitudinais na superfície das matérias-primas de aço rápido são uma ocorrência comum.
As causas podem ser várias, tais como:
(1) Durante a laminagem a quente, a concentração de tensões pode ocorrer durante o processo de arrefecimento, provocando fissuras ao longo das linhas de risco devido à remoção incompleta das fissuras superficiais ou dos riscos causados pelos furos da matriz.
(2) Furos de matriz deficientes ou grandes velocidades de avanço durante a laminagem a quente podem conduzir a dobras, que causam fissuras ao longo das linhas de dobra no processamento subsequente.
(3) Podem produzir-se fissuras durante a laminagem a quente se a temperatura de paragem da laminagem for demasiado baixa ou se a taxa de arrefecimento for demasiado rápida.
(4) Observam-se frequentemente fissuras superficiais no aço plano W18 de 13 mm × 4,5 mm laminado no inverno frio, o que indica que as fissuras podem também ser influenciadas pelas condições climáticas.
No entanto, não se observam fissuras quando o mesmo tipo de aço e especificação é laminado noutras alturas.
A Figura 6 mostra a fissura na superfície do aço W18 de φ30mm, com uma profundidade de 6mm, tal como representada através de decapagem térmica com HCl 1:1.
Figura 6 Fissura superficial
Durante o processo de laminagem a quente do aço rápido, a deformação excessiva pode fazer com que a temperatura central aumente em vez de diminuir. Isto pode levar à formação de fissuras no centro do material devido ao stress térmico.
A Figura 7 mostra a fenda central no aço W18 de φ35mm (gravado com HCl 1:1).
As fissuras centrais nas matérias-primas de aço rápido são comuns nas fábricas de ferramentas, no entanto, são prejudiciais porque são invisíveis e não podem ser detectadas pelo tato. A única forma de observar estas fissuras é através da deteção de defeitos.
Figura 7 Fissura central
A distribuição desigual de elementos químicos numa liga durante o processo de solidificação é conhecida como segregação. Isto pode ter um impacto significativo no desempenho do aço, especialmente se houver uma distribuição desigual de impurezas como o carbono.
A segregação pode ainda ser dividida em microssegregação, segregação por densidade e segregação regional.
A segregação por densidade ocorre devido às diferenças de densidade das fases constituintes da liga, fazendo com que os elementos mais pesados se afundem e os mais leves flutuem durante a solidificação. A segregação regional é causada pela acumulação local de impurezas em lingotes ou peças fundidas.
A figura 8 mostra uma amostra metalográfica temperada do aço W18 (gravada com uma solução alcoólica de 4% HNO3), que revela um padrão em forma de cruz.
Uma análise mais aprofundada da composição química mostrou que a parte da matriz tinha uma menor teor de carbonoenquanto a parte em forma de cruz tinha um teor de carbono mais elevado.
Esta forma cruzada resulta da segregação quadrada causada pela segregação dos componentes de carbono e de liga durante o processo de laminagem.
Uma segregação regional grave pode enfraquecer a resistência do aço e torná-lo mais suscetível à fissuração durante o trabalho a quente.
Figura 8 Segregação em forma de cruz (3×)
A medida em que os carbonetos eutécticos do aço rápido (HSS) se decompõem durante o processo de prensa quente O processo de fratura do metal duro é designado por não uniformidade do metal duro. Quanto maior for a deformação, maior será o grau de fratura do carboneto e menor será o nível de não uniformidade do carboneto.
Quando os carbonetos no aço são severamente quebrados, como na forma de fitas grossas, malhas ou grande acúmulo de carboneto, isso tem um impacto significativo na qualidade do aço. Por conseguinte, é crucial controlar cuidadosamente a não uniformidade dos carbonetos para garantir a qualidade das ferramentas HSS.
A Figura 9 mostra o efeito da não uniformidade dos carbonetos na resistência à flexão do aço W18.
Como se pode ver na figura, a resistência à flexão nos graus 7-8 com não uniformidade é apenas 40-50% dos graus 1-2, reduzindo a resistência para 1200-1500MPa, o que é apenas equivalente ao nível de graus de tenacidade mais elevados nos carbonetos cimentados. O desempenho horizontal é cerca de 85% do desempenho vertical.
A concentração e a distribuição em forma de banda dos carbonetos podem também resultar em grãos temperados irregulares e na dissolução irregular dos carbonetos, levando a uma maior tendência para o sobreaquecimento e a uma redução da capacidade de endurecimento secundário, respetivamente.
A Figura 9 mostra o impacto da não uniformidade dos carbonetos na resistência à flexão do aço rápido W18Cr4V.
Pode ver-se que a desuniformidade grave do carboneto pode resultar em fissuras e sobreaquecimento durante o trabalho a quente, causando a falha da ferramenta acabada durante a utilização.
A figura 10 ilustra a fissura de arrefecimento causada por carbonetos zonais grosseiros no aço W18 (gravado com uma solução alcoólica de 4% HNO3).
Figura 10 Carboneto zonal grosseiro
Aço que foi submetido a laminagem a quente ou recozimento podem formar carbonetos em rede devido a temperaturas de aquecimento elevadas, tempos de retenção prolongados que provocam o crescimento dos grãos e processos de arrefecimento lentos que resultam na precipitação de carbonetos ao longo dos limites dos grãos.
A presença de carbonetos em rede aumenta muito a fragilidade da ferramenta, tornando-a mais propensa a lascar. Em geral, os carbonetos de rede completos não são aceitáveis no aço.
A inspeção dos carbonetos de rede deve ser efectuada após têmpera e revenimento.
A Figura 11 mostra a rede de carbonetos do aço T12A (gravado com uma solução alcoólica de 4% HNO3), enquanto a Figura 12 mostra a morfologia da rede de carbonetos do aço 9SiCr (gravado com uma solução alcoólica de 4% HNO3), revelando um sobreaquecimento grave durante o processo de recozimento processo.
Figura 11 Carboneto de malha de aço T12A (500×)
Figura 12 Carboneto de malha de aço 9SiCr (500×)
As fresas de ferramentas que efectuam torneamento ou fresagem em HSS podem encontrar uma substância dura e sofrer danos. Este defeito não é normalmente encontrado com facilidade durante o torneamento a alta velocidade, devido à elevada velocidade de corte e ao ruído.
No entanto, durante a fresagem, podem ser observados grumos e caos estranhos, tais como um som de rangido e um desgaste grave da ferramenta ao fresar ranhuras com brocas helicoidais.
Após a inspeção, os blocos brilhantes podem ser vistos a olho nu e verificou-se que têm uma dureza extremamente elevada, atingindo 1225HV, enquanto as áreas não duras estão num estado de recozimento normal. Esta situação é designada por "massa endurecida".
A presença de massas endurecidas resulta em danos na ferramenta e dificulta o corte.
Pensa-se que a formação destes grumos duros é causada pela segregação de componentes químicos durante o processo de fundição e pode ser um tipo de carboneto composto de elevada dureza ou o resultado da adição de blocos de ligas refractárias durante a fundição.
A Figura 13 mostra a macroestrutura de uma massa endurecida no aço W18 (gravada com uma solução alcoólica de 4% HNO3), sendo a substância branca a massa endurecida e as áreas cinzentas e pretas as ranhuras da broca.
Figura 13 Macro-estrutura da massa de aço W18 com revestimento (20×)
As inclusões são um defeito comum no aço que pode ser classificado em duas categorias: inclusões metálicas e não metálico inclusões.
As inclusões metálicas formam-se devido à fusão incompleta da ferro-liga durante o processo de fundição ou à presença de partículas metálicas estranhas que permanecem na lingote de aço.
As inclusões não metálicas dividem-se em dois tipos:
(1) inclusões endógenas, que são principalmente causadas por sistemas de vazamento sujos, descamação de lama refractária do equipamento ou utilização de materiais de carga impuros;
(2) inclusões produzidas e precipitadas devido a reacções químicas durante o processo de fundição. A figura 14 mostra inclusões metálicas encontradas no aço W18, enquanto a Figura 15 mostra inclusões não metálicas que causam fissuras durante a têmpera (gravadas com solução alcoólica de HNO3 4%).
Figura 14 Inclusões metálicas
Figura 15 Fracturação causada por inclusões não metálicas durante a têmpera (400 x)
As inclusões são prejudiciais para a qualidade do aço. Segmentam a matriz do aço, diminuem a sua plasticidade e resistência, tornando o aço suscetível de fissurar em torno das inclusões durante a laminagem, o forjamento e o tratamento térmico.
As inclusões podem também causar fadiga no aço, bem como dificuldades durante o corte e a retificação. Por conseguinte, o aço para ferramentas deve ter requisitos específicos para as inclusões.
No processo de fundição do aço, pode ocorrer uma distribuição desigual dos carbonetos devido à segregação dos componentes ou quando os carbonetos na liga de ferro não são totalmente fundidos, resultando em carbonetos angulares de grandes dimensões que persistem sem serem esmagados após o forjamento.
A presença destes carbonetos aumenta a fragilidade da ferramenta e aumenta o risco de tombamento.
Durante o processo de tratamento térmico, estes carbonetos de grandes dimensões e os elementos de liga podem enriquecer, conduzindo potencialmente a defeitos como o sobreaquecimento, a têmpera insuficiente e mesmo a fissuração ao longo dos limites dos grãos.
A figura 16 mostra o sobreaquecimento durante a têmpera causado pela segregação de componentes circundantes de carbonetos grandes (gravados numa solução alcoólica de 4% HNO3).
Figura 16 Sobreaquecimento causado pela segregação de componentes em torno de carbonetos a granel durante a têmpera (500×)
No processo de solidificação do metal líquido, a segregação do carbono e dos elementos de liga pode provocar a precipitação de grandes blocos de carboneto durante o arrefecimento.
Esta segregação, conhecida como liquefação, não é facilmente eliminada durante o processamento subsequente e resulta na presença de carboneto de zinco a granel na direção da laminagem do aço.
A figura 17 mostra a liquefação do CrMn, gravado com uma solução alcoólica de HNO3 4%.
Figura 17 Liquidação de carbonetos (500×)
Os aços com liquação são altamente frágeis, uma vez que a matriz metálica contínua é rompida, resultando numa resistência reduzida. Anteriormente, a liquação era comum nos aços CrWMn e CrMn, e a sua utilização para fabricar calibres resultava frequentemente na dificuldade em obter uma superfície lisa.
Como a temperatura de recozimento é demasiado elevada e o tempo de espera é demasiado longo, durante o lento processo de arrefecimento do aço, os carbonetos decompõem-se facilmente em carbono livre, conhecido como grafite.
A Figura 18 mostra a microestrutura do carbono grafitado no aço T12A (gravado com solução de álcool ácido amargo 4%).
Figura 18 Microestrutura de carbono grafítico do aço T12A (500×)
A precipitação de carbono grafite diminui significativamente a resistência e a tenacidade do aço, tornando-o inadequado para a produção de facas e componentes críticos. O aço apresenta fracturas negras quando contém níveis elevados de carbono grafite.
A presença de carbono grafite pode ser determinada através de análise química, tanto qualitativa como quantitativa, e a sua forma e distribuição podem ser observadas através de métodos metalográficos.
Além disso, haverá um aumento do tecido de ferrite à volta da grafite.
A mistura de materiais nas empresas de fabrico de ferramentas e moldes é um problema comum, resultado de uma má gestão e de um defeito de baixo nível. Os materiais misturados podem incluir três aspectos: aço misturado, especificações misturadas e números de forno misturados.
O último é especialmente prevalecente e pode causar muitos problemas com tratamentos térmicos falsos sem possibilidade de recurso. De vez em quando, também se encontram componentes de materiais de ferramentas não qualificados.
Alguns componentes de aço rápido não cumprem a norma GB/T9943-2008 relativa ao aço para ferramentas de alta velocidade, especialmente no que respeita ao teor elevado ou baixo de carbono. Por exemplo, o W6Mo5Cr4V2Co5 pertence ao tipo HSS-E mas tem um teor de carbono inferior ao limite inferior da norma.
Apesar de ser rotulado como HSS de alto desempenho, após o tratamento térmico, a dureza não atinge 67HRC. As siderurgias devem garantir que o aço pode atingir uma dureza de pelo menos 67HRC se pertencerem ao tipo HSS-E.
O facto de uma ferramenta necessitar ou não de uma dureza tão elevada é uma questão interna da fábrica de ferramentas e não é da responsabilidade da siderurgia.
No entanto, se a dureza não atingir 67HRC, a culpa é da siderurgia. Existem também muitos casos de aço não qualificado aço para moldes composição, dando origem a litígios permanentes.
O país estabeleceu normas para a descarbonetação do açoNo entanto, os fornecedores de aço fornecem frequentemente materiais que excedem estas normas, o que resulta em perdas económicas significativas para as empresas produtoras de ferramentas.
A dureza da superfície das ferramentas diminui e a sua resistência ao desgaste é fraca após a têmpera para materiais com uma camada descarbonetada. Por conseguinte, é necessário remover completamente a camada descarbonetada durante a maquinagem para evitar quaisquer potenciais problemas de qualidade.
A Figura 19 ilustra a morfologia da descarbonetação da matéria-prima do aço W18 (gravada numa solução alcoólica de 4% HNO3). A zona de descarbonetação é constituída por martensite temperada em forma de agulha, enquanto a zona não descarbonetada é composta por martensite temperada, carbonetos e austenite.
As figuras 20 e 21 mostram a descarbonetação dos aços M2 e T12, respetivamente (gravados em solução alcoólica de 4% HNO3).
No caso do aço T12, a camada totalmente descarbonetada é de ferrite, a zona de transição é composta por carbono magro temperado martensitee a zona não descarbonetada é composta por martensite temperada e carbonetos.
Figura 19 Camada de descarbonetação austemperada (250×)
Figura 20 Descarbonetação do aço M2
Figura 21 Camada descarbonetada do aço T12A (após têmpera→temperação) (200×)
Selecionamos uma barra plana de aço W18 com dimensões de 13 mm x 4,5 mm de uma empresa específica e a temperamos em um banho de sal a temperaturas de 1210 ℃, 1230 ℃ e 1270 ℃.
O tempo de aquecimento foi de 200 segundos, e o tamanho do grão foi de 10,5, como mostrado na Figura 22. A dureza após a têmpera estava entre 65 e 65,5HRC, mas surpreendentemente, a dureza diminuiu após o revenido a 550 ℃ por três vezes.
Esta anomalia é designada por "anedota".
Figura 22 Têmpera do aço W18 Grau 10.5 (500×)
Parece que o carboneto está a pregar-nos uma partida, ou seja, quando o carboneto é aquecido, não se dissolve em austenite nem precipitar durante o processo de têmpera.
Isto é simplesmente referido como não ser capaz de entrar ou sair, por isso onde está o endurecimento secundário?
A raiz do problema é que o carboneto está a provocar-nos, o que significa que não se dissolve na austenite durante o aquecimento e não há precipitação durante o processo de têmpera.
É simplesmente um caso em que não se consegue entrar ou sair, por isso de onde vem o endurecimento secundário?
Os defeitos de superfície são facilmente visíveis a olho nu, tais como:
Os produtos de aço podem ser afectados por vários defeitos que se enquadram em diferentes categorias, cada uma com caraterísticas e implicações específicas para a qualidade e o desempenho do material. A compreensão destes defeitos é essencial para manter a integridade e a fiabilidade dos produtos de aço em diferentes aplicações.
As marcas de laminação, também conhecidas como contusões ou marcas de chicote, aparecem como reentrâncias ou áreas elevadas na superfície de chapas de aço e de produtos de paredes mais espessas, como os biletes. Estes defeitos são normalmente causados por irregularidades ou detritos na superfície do laminador. Por exemplo, na indústria automóvel, as marcas de laminagem podem afetar o acabamento da superfície dos painéis da carroçaria, conduzindo a custos de processamento adicionais.
As sobreposições ocorrem quando é utilizado material de enchimento em excesso durante a soldadura, resultando em superfícies irregulares ou material pendurado na amostra. Este defeito pode afetar tanto o aspeto como a trabalhabilidade do aço. Na construção de condutas, as sobreposições podem levar a dificuldades na obtenção de um acabamento de superfície liso, complicando o processo de soldadura.
As costuras são imperfeições lineares que se formam durante o processo de laminagem ou forjamento. Aparecem como linhas visíveis na superfície do aço e podem comprometer a integridade estrutural do material. Por exemplo, na indústria aeroespacial, as juntas em componentes estruturais podem reduzir a vida à fadiga e levar a falhas prematuras.
As laminações são separações internas nas camadas do aço, frequentemente resultantes de técnicas de laminagem ou forjamento incorrectas. Estes defeitos podem enfraquecer significativamente o aço, tornando-o suscetível de falhar sob tensão. Na construção de recipientes sob pressão, as laminações podem levar a falhas catastróficas devido às altas pressões envolvidas.
As crostas são áreas elevadas ou deprimidas na superfície do aço causadas por laminagem ou forjamento incorrectos, enquanto que as dobras ocorrem quando duas camadas de aço se sobrepõem, criando uma área elevada. Ambos os defeitos podem enfraquecer o aço e afetar o seu acabamento superficial. No fabrico, as crostas e as lapsos podem levar à rejeição de produtos devido a uma estética deficiente e a propriedades mecânicas comprometidas.
As inclusões são partículas não metálicas que ficam presas no aço durante o fabrico. Estas partículas, tais como escórias ou óxidos, criam pontos fracos que podem iniciar fissuras e reduzir a resistência global do material. Em aplicações de alta tensão, como a construção de pontes, as inclusões podem levar a falhas estruturais.
A porosidade refere-se à presença de pequenos vazios ou cavidades no interior do aço, frequentemente resultantes de técnicas de fundição ou de soldadura inadequadas. Estes vazios comprometem a ductilidade e a resistência à corrosão do aço. Em ambientes marítimos, o aço poroso pode sofrer de corrosão acelerada, reduzindo a vida útil dos cascos dos navios.
A segregação ocorre quando os elementos de liga no aço são distribuídos de forma desigual durante a solidificação, levando a variações na composição do material e nas propriedades mecânicas. Este defeito pode resultar num desempenho inconsistente, especialmente em componentes estruturais. Por exemplo, em maquinaria pesada, a segregação pode levar a um desgaste desigual e a falhas inesperadas.
A fissuração por têmpera ocorre durante o processo de têmpera, em que o arrefecimento rápido induz fissuras na superfície do aço. Este defeito é comum em ligas como os biletes de aço cromado 4140 e pode comprometer gravemente a resistência e a durabilidade do material. Em ferramentas e matrizes, as fissuras de têmpera podem levar à quebra precoce e à redução da vida útil da ferramenta.
Os entalhes são sulcos ou ranhuras irregulares que aparecem em produtos de aço, particularmente aqueles que são laminados, tais como biletes, tubos ou canos. Embora os pequenos entalhes possam não afetar significativamente a qualidade do produto, os mais proeminentes podem necessitar de ajustes no processo de fabrico. Nos oleodutos e gasodutos, os entalhes podem criar pontos de concentração de tensão, conduzindo a potenciais fugas.
As deformações, como a flexão, a torção ou o empeno, podem ocorrer devido a um manuseamento incorreto, a cargas excessivas ou a tensões térmicas. Estes defeitos comprometem a integridade estrutural e o desempenho dos produtos de aço. Na construção, as vigas de aço deformadas podem levar a desalinhamentos e instabilidade estrutural.
Os defeitos de fecho a frio são fissuras com arestas arredondadas que ocorrem quando dois fluxos de aço fundido não se fundem corretamente durante a fundição. Este defeito pode surgir devido a uma conceção incorrecta do sistema de fecho, a baixas temperaturas do metal líquido ou a uma fluidez reduzida do metal fundido. Os cortes a frio enfraquecem o aço e podem levar a falhas em aplicações críticas, como componentes de motores.
As secções não preenchidas ocorrem quando algumas partes do forjado permanecem não preenchidas, frequentemente devido a uma conceção deficiente da matriz, matéria-prima insuficiente ou aquecimento inadequado. Este defeito resulta em áreas incompletas ou fracas no produto forjado. Nos componentes aeroespaciais, as secções não preenchidas podem conduzir a fraquezas estruturais e a potenciais falhas durante o voo.
As incrustações são deposições irregulares na superfície de peças forjadas, normalmente causadas por uma limpeza incorrecta da superfície forjada. Estes poços podem ser removidos através de métodos de limpeza adequados para restaurar a suavidade e a qualidade do produto forjado. Em indústrias de alta precisão, tais como a dos implantes médicos, os poços de calcário podem levar à rejeição do produto.
O deslocamento da matriz ocorre quando as matrizes superior e inferior não estão corretamente alinhadas durante o forjamento, resultando em produtos com dimensões incorrectas. Garantir o alinhamento correto da matriz pode corrigir este defeito. Nas peças automóveis, o deslocamento da matriz pode causar problemas na montagem e no encaixe.
Os flocos são fissuras internas que ocorrem devido a um arrefecimento incorreto do produto forjado. O arrefecimento rápido pode induzir estas fissuras, reduzindo a resistência e a fiabilidade do forjado. Em aplicações de alta pressão, como sistemas hidráulicos, os flocos podem levar a falhas repentinas.
As tensões residuais desenvolvem-se devido a um arrefecimento incorreto da peça forjada, especialmente se o arrefecimento for demasiado rápido. Estas tensões podem levar a distorções e à potencial falha do produto forjado. Nos componentes estruturais, as tensões residuais podem causar deformações e desalinhamentos, afectando a estabilidade e o desempenho globais.
Compreender estes tipos específicos de defeitos do aço é crucial para o controlo de qualidade, garantindo a fiabilidade e a longevidade dos produtos de aço e prevenindo potenciais falhas em aplicações críticas.
Os processos de fabrico de produtos de aço envolvem várias fases, cada uma com potenciais defeitos que podem comprometer a qualidade e o desempenho do produto final. A compreensão destes defeitos e das suas origens é crucial para a implementação de medidas de controlo de qualidade eficazes e para a melhoria da eficiência do fabrico.
A inspeção visual é uma técnica crítica na identificação de defeitos em produtos de aço, garantindo o controlo de qualidade e prevenindo potenciais falhas. Este processo envolve vários métodos tradicionais e avançados para detetar imperfeições superficiais e subsuperficiais.
A inspeção visual direta consiste em examinar a superfície do aço a olho nu. Os inspectores procuram defeitos visíveis, tais como fissuras, costuras e imperfeições superficiais. Por exemplo, uma fenda longitudinal numa viga de aço pode comprometer a sua integridade estrutural, conduzindo a falhas catastróficas. Este método é flexível e económico, mas a sua fiabilidade depende da competência e experiência do inspetor. Além disso, está limitado à deteção de defeitos em superfícies acessíveis e pode não detetar falhas em áreas de difícil acesso.
Os microscópios industriais, frequentemente equipados com câmaras e software de análise de imagem, melhoram a deteção de defeitos minúsculos não visíveis a olho nu. Estes microscópios podem identificar fissuras finas, inclusões e outras pequenas imperfeições que podem levar à falha do material. Por exemplo, a presença de inclusões não metálicas pode enfraquecer o aço, afectando as suas propriedades mecânicas. No entanto, a eficácia deste método pode ser influenciada pela competência do operador e pela dimensão da amostra.
Os boroscópios são instrumentos equipados com uma câmara e uma fonte de luz, permitindo a inspeção de áreas internas que não são visualmente acessíveis, como o interior de peças fundidas ou conjuntos complexos. Por exemplo, um boroscópio pode revelar vazios internos ou fissuras numa junta soldada que podem levar à falha por fadiga sob carga cíclica. Os boroscópios fornecem uma visão detalhada das superfícies internas, permitindo detetar defeitos que os métodos visuais tradicionais não detectariam.
A MT envolve a magnetização da peça de aço e a aplicação de partículas ferrosas. Estas partículas são atraídas para áreas de fuga de fluxo, indicando a presença de defeitos superficiais ou subsuperficiais. A fuga de fluxo ocorre quando há uma perturbação no campo magnético, que pode ser causada por fissuras ou outras descontinuidades. A MT é relativamente simples e económica, mas está limitada a materiais ferromagnéticos.
No PT, é aplicado um penetrante líquido à superfície do aço, que se infiltra nas fissuras e fendas. Após um tempo de espera, o excesso de líquido é removido e é aplicado um revelador, tornando o penetrante visível sob luz ultravioleta. Este método é amplamente utilizado para detetar defeitos de rutura de superfície em materiais não porosos, como o alumínio ou o aço inoxidável.
A UT utiliza ondas sonoras de alta frequência para detetar defeitos internos, tais como fissuras, vazios e inclusões. As ondas sonoras viajam através do aço, e qualquer perturbação no seu padrão indica a presença de defeitos. Por exemplo, uma falha longitudinal num tubo de aço pode ser detectada através do UT, observando as alterações nas ondas sonoras reflectidas. O UT é altamente eficaz na identificação de imperfeições subsuperficiais.
A RT utiliza raios X ou raios gama para criar uma imagem da estrutura interna do aço. Os defeitos aparecem como áreas com densidades diferentes em comparação com o material circundante. A RT é particularmente útil para detetar defeitos internos que não são visíveis à superfície, tais como vazios em soldaduras ou inclusões em peças fundidas.
O ECT detecta defeitos superficiais e subsuperficiais através de indução electromagnética. Uma corrente alternada é passada através de uma bobina, gerando um campo eletromagnético. Quando um material condutor, como o aço, é introduzido, são induzidas correntes de Foucault no interior do material. Um defeito perturba o fluxo destas correntes de Foucault, mensurável por variações na impedância da bobina. Este método é especialmente eficaz na deteção de fissuras superficiais em soldaduras de aço.
Os sistemas AOI utilizam câmaras de alta resolução, iluminação sofisticada e algoritmos de software para realizar inspecções de superfície rápidas, objectivas e precisas. Estes sistemas podem processar milhares de imagens num curto espaço de tempo, aumentando significativamente a eficiência do processo de inspeção e assegurando um controlo de qualidade consistente.
São utilizadas várias técnicas de aprendizagem automática e de aprendizagem profunda para detetar e classificar defeitos de superfície em produtos de aço. Técnicas como as redes neuronais artificiais e os modelos de aprendizagem profunda aumentam a precisão e a eficiência. Por exemplo, um modelo de aprendizagem profunda treinado num grande conjunto de dados de imagens de defeitos pode identificar e categorizar automaticamente os defeitos, reduzindo a dependência de inspectores humanos e melhorando a velocidade de inspeção.
A identificação de defeitos no aço através da inspeção visual é um processo abrangente que combina métodos tradicionais, tecnologias avançadas e técnicas inovadoras. Cada método tem as suas vantagens e limitações, e a escolha depende da aplicação específica, do tipo de defeito e das propriedades do material. Ao integrar estas técnicas, as indústrias podem garantir padrões de qualidade e segurança mais elevados para os produtos de aço.
Os defeitos do aço podem resultar de vários factores relacionados com os processos de fabrico, as propriedades dos materiais e as condições ambientais. A compreensão destas causas é essencial para identificar potenciais fontes de defeitos e implementar medidas preventivas para garantir a qualidade e a integridade dos produtos de aço.
Em resumo, os defeitos do aço podem ter várias origens, incluindo processos de fabrico, propriedades dos materiais e condições ambientais. A abordagem destas causas através de medidas de controlo de qualidade, seleção de materiais e práticas de fabrico adequadas é essencial para prevenir a ocorrência de defeitos e manter a qualidade e fiabilidade dos produtos de aço.
A prevenção de defeitos de aço no fabrico é crucial para manter a qualidade do produto e garantir a eficiência da produção. Os defeitos do aço podem levar a perdas financeiras significativas, comprometer a integridade estrutural e afetar negativamente a satisfação do cliente. Este capítulo fornece uma abordagem abrangente para minimizar os defeitos do aço através do controlo do processo, garantia de qualidade, tecnologias avançadas e manuseamento meticuloso do material.
A otimização do processo de fabrico é essencial para evitar defeitos. Um espaço de trabalho limpo e bem ventilado ajuda a evitar a formação de incrustações e outros problemas de superfície. As inspecções regulares podem identificar precocemente potenciais problemas, permitindo acções corretivas imediatas. Técnicas de manuseamento adequadas e revestimentos protectores são vitais para evitar danos na superfície, como riscos e amolgadelas. A utilização de suportes almofadados e o manuseamento cuidadoso podem reduzir significativamente o risco de imperfeições na superfície.
O controlo da temperatura é crucial para evitar defeitos como empenos, fissuras e descamação da superfície. Por exemplo, nos processos de soldadura e corte, o controlo da entrada de calor é vital. Técnicas como o pré-aquecimento ou o tratamento térmico pós-soldadura podem ajudar a evitar o empeno. Nos processos de galvanização, evitar o sobreaquecimento do zinco e manter níveis corretos de alumínio no banho de galvanização pode evitar a descamação ou descamação da superfície. Por exemplo, um estudo de caso numa siderurgia mostrou que o controlo preciso da temperatura durante a galvanização reduziu os defeitos de superfície em 30%.
A escolha dos materiais corretos e a sua preparação adequada podem reduzir os defeitos. Selecionar a espessura adequada do material e assegurar taxas de arrefecimento constantes pode ajudar a evitar deformações e outros problemas dimensionais. A utilização de metais de origem limpos e de baixa impureza é essencial para evitar inclusões de escória e outros defeitos de fundição. A redução de elementos que reagem fortemente com o oxigénio minimiza ainda mais o risco de inclusões. As inclusões de escória, por exemplo, são partículas não metálicas presas dentro do metal durante o processo de fundição. O uso de metais de baixa impureza pode reduzir significativamente essas inclusões.
A contratação de engenheiros com formação e experiência no fabrico de metais melhora o processo de produção. Os engenheiros podem conceber produtos com menos erros operacionais e de conceção, que podem ser identificados e corrigidos atempadamente através de tecnologia inteligente. A implementação de medidas de controlo de qualidade sólidas ao longo do processo de criação é essencial. As inspecções e a manutenção regulares dos moldes e do equipamento ajudam a identificar e a evitar defeitos, tais como defeitos do material do molde e inclusões de escória.
As tecnologias avançadas durante as inspecções podem ajudar a identificar precocemente potenciais problemas. Os scanners de imagem e os programas informáticos detectam erros operacionais e de conceção antes da produção, permitindo correcções atempadas. As tecnologias de simulação, como o THERCAST®, que simula os processos de fundição, podem otimizar os parâmetros de fundição sem o derrame real de metal, reduzindo o risco de defeitos como inclusões de escória.
A utilização de métodos de corte precisos melhora a exatidão dimensional dos produtos de aço. O corte CNC e o corte a laser podem reduzir as imprecisões e a formação de rebarbas. As ferramentas de rebarbação automatizadas suavizam as arestas ásperas, melhorando a qualidade do produto final. O corte CNC (Controlo Numérico Computadorizado) utiliza software informático para controlar as ferramentas de corte, garantindo uma elevada precisão e consistência.
A prevenção da ferrugem vermelha e das manchas envolve a garantia de que não existem fugas no tanque de enxaguamento e a manutenção das condições corretas do acumulador. A limpeza e manutenção regulares da linha de produção podem ajudar a evitar manchas e outros defeitos de superfície. Por exemplo, um fabricante de aço reduziu os incidentes de ferrugem vermelha em 25% depois de implementar um programa de limpeza rigoroso.
Para evitar fendas e lapsos, é crucial utilizar os processos de laminagem corretos e garantir que os defeitos são removidos por condicionamento. Assegurar que os rolos de segmento na máquina de lingotamento contínuo não estão bloqueados ajuda a evitar fendas. Um estudo de caso num laminador mostrou que a otimização do processo de laminação reduziu as lascas em 15%.
A prevenção de inclusões de escória envolve a otimização da temperatura e da velocidade de vazamento. Reduzir a turbulência durante o vazamento e garantir que a cavidade do molde esteja limpa ajuda a evitar inclusões. A implementação de armadilhas de escória e de uma bacia de vazamento cheia minimiza ainda mais o risco de inclusões. As inclusões de escória são frequentemente causadas por impurezas que não são removidas durante o processo de fundição. A utilização de colectores de escória pode capturar eficazmente estas impurezas, melhorando a qualidade do produto final.
Ao integrar estas estratégias, os fabricantes podem reduzir significativamente a ocorrência de defeitos no aço, garantindo produtos de maior qualidade e uma maior eficiência de produção.
A abordagem e a correção de defeitos do aço requerem um conhecimento profundo dos tipos específicos de defeitos, das suas causas e das acções corretivas adequadas. Apresentamos aqui soluções detalhadas e soluções para os defeitos comuns do aço encontrados em vários processos de fabrico, apoiados por exemplos específicos e estudos de casos para ilustrar os conceitos de forma mais clara.
Os defeitos de contração ocorrem devido a uma contração desigual do metal, resultando em depressões ou buracos na superfície.
Exemplo: Uma fundição apresentava defeitos significativos de retração aberta nos seus produtos de ferro fundido. Ao redesenhar o sistema de canais para melhorar o fluxo de metal e aumentar a temperatura de vazamento, eles reduziram esses defeitos em 40%.
As rupturas quentes resultam de contracções térmicas e de processos de solidificação inadequados.
Exemplo: Uma siderurgia enfrentou problemas de rutura a quente em grandes peças fundidas. Através da utilização de filetes nas junções e da colocação exacta das portas, minimizaram as concentrações de tensão, reduzindo as rupturas a quente em 30%.
Os cortes a frio resultam de uma conceção incorrecta do sistema de comportas e de baixas temperaturas do metal.
Exemplo: Um fabricante eliminou os cortes a frio em peças fundidas de alumínio, optimizando o sistema de vedação e aumentando a temperatura de vazamento, o que levou a uma melhoria de 25% na qualidade do produto.
Os defeitos de soldadura incluem danos na cavidade da matriz e temperaturas inadequadas.
Exemplo: Uma empresa enfrentava defeitos de soldadura na fundição de zinco. Utilizando agentes desmoldantes de alta qualidade e assegurando um teor adequado de ferro na liga, melhoraram o acabamento da superfície e reduziram os defeitos em 20%.
As fissuras ocorrem em áreas de compressão, particularmente em formas de desenho rectangulares.
Exemplo: Um fabricante de automóveis reduziu as fissuras nos painéis dos guarda-lamas aliviando a tensão do material antes das operações, obtendo uma redução de 15% nos defeitos.
O afinamento da parede resulta da deformação do material durante os processos de conformação.
Exemplo: Um fornecedor melhorou a uniformidade da espessura dos tubos metálicos utilizando materiais com valores R mais elevados e ajustando os parâmetros de conformação, melhorando a consistência do produto em 20%.
As rebarbas são causadas por ferramentas de corte cegas e por um alinhamento incorreto das ferramentas.
Exemplo: Uma empresa de engenharia de precisão reduziu a formação de rebarbas em peças maquinadas, afiando regularmente as ferramentas de corte e mantendo o alinhamento correto das ferramentas, o que levou a uma redução de 30% no tempo de pós-processamento.
A fissuração ocorre quando a resistência à tração máxima do material é excedida.
Exemplo: Um fabricante de chapas metálicas reduziu a fissuração em peças de repuxo profundo, reduzindo a tensão em áreas de elevada tensão e aumentando o estiramento na direção secundária, melhorando o rendimento em 10%.
As rugas resultam de áreas de compressão que inibem o fluxo de material.
Exemplo: Uma empresa de conformação de metal minimizou o enrugamento em grandes painéis, reduzindo as forças de compressão nos cantos e utilizando materiais com valores R mais elevados, obtendo um acabamento mais suave.
O retorno elástico resulta da curvatura da bobina ou de uma sensibilidade incorrecta da ferramenta.
Exemplo: Uma fábrica de processamento de bobinas eliminou os problemas de retorno elástico encomendando bobinas cortadas para eliminar a curvatura e ajustar a sensibilidade das ferramentas, melhorando a precisão do produto.
A descamação ou descamação da superfície ocorre devido à fraca aderência ao aço e ao sobreaquecimento.
Exemplo: Uma fábrica de galvanização melhorou a aderência e reduziu a descamação, mantendo a temperatura ideal do banho e os níveis de alumínio, aumentando a vida útil do produto em 15%.
A ferrugem forma-se devido à exposição à humidade e a más condições de armazenamento.
Exemplo: Um distribuidor de aço reduziu a formação de ferrugem mantendo um espaço de trabalho limpo e bem ventilado e assegurando condições de armazenamento adequadas, melhorando a qualidade do produto.
No caso de peças que não cumpram as especificações, considere a possibilidade de voltar a fresar, retificar ou fazer um acabamento manual para corrigir os defeitos e obter os resultados pretendidos. Estas acções corretivas podem restaurar a integridade e a funcionalidade dos produtos de aço, garantindo que cumprem as normas de qualidade.
Seguem-se as respostas a algumas perguntas frequentes:
Os produtos de aço podem apresentar vários defeitos que afectam a sua qualidade, desempenho e segurança. Os defeitos mais comuns podem ser classificados em defeitos de superfície, defeitos internos e defeitos mecânicos.
Os defeitos de superfície incluem fissuras, que podem conduzir a falhas catastróficas e podem resultar de um tratamento térmico inadequado, soldadura ou tensão mecânica. As costuras são imperfeições lineares formadas durante a laminagem ou o forjamento, enfraquecendo o aço. As laminações ocorrem quando as camadas de aço se separam, muitas vezes devido a técnicas de laminagem ou forjamento incorrectas. As crostas são áreas elevadas ou deprimidas na superfície causadas por laminagem ou forjamento inadequados, que afectam a resistência e o acabamento do aço. As folgas são camadas de aço sobrepostas que criam áreas elevadas, enfraquecendo o aço. Outras imperfeições da superfície, como buracos, escamas e inclusões, podem afetar negativamente o aspeto e o desempenho do aço. Podem também ocorrer irregularidades nos bordos, tais como padrões ondulados.
Os defeitos internos incluem inclusões, que são partículas não metálicas presas no aço durante o fabrico, enfraquecendo o material e aumentando o risco de fissuras. A porosidade refere-se a pequenos vazios ou cavidades no interior do aço que comprometem a sua ductilidade e resistência à corrosão, muitas vezes devido a uma fundição ou soldadura inadequadas. A segregação envolve a distribuição desigual de elementos de liga, levando a variações na composição e nas propriedades mecânicas do material.
Os defeitos mecânicos englobam deformações como a flexão, a torção ou a deformação causadas por manuseamento incorreto, carga excessiva ou tensões térmicas, comprometendo a integridade estrutural. Os desalinhamentos resultam de uma montagem incorrecta ou de práticas de fabrico deficientes, conduzindo a concentrações de tensão e a potenciais pontos de falha. Os defeitos de soldadura, tais como porosidade, fusão incompleta, fissuras, cortes inferiores e salpicos excessivos, podem comprometer a integridade da soldadura.
Outros defeitos incluem desvios dimensionais como empenos, curvaturas, torções ou variações no comprimento ou na largura, que afectam a integridade estrutural e complicam a instalação. A contaminação do material com substâncias estranhas, como óleo, sujidade ou tinta, pode afetar a integridade da soldadura e a aderência do revestimento. O reforço inadequado, como vergalhões ou malha insuficientes, pode levar a fraquezas estruturais, como rachaduras ou colapso. Problemas de aderência do revestimento podem expor o substrato devido a impurezas do material. As imperfeições da superfície do aço laminado plano, tais como padrões ondulados, estrias, pontos elevados e ondulações ou vincos na superfície, podem resultar de danos causados pelo manuseamento ou pelo fabrico.
A resolução destes defeitos através do controlo de qualidade, da otimização dos processos e da formação eficaz do pessoal é crucial para garantir a fiabilidade e a longevidade dos produtos de aço.
A inspeção visual é um método fundamental para identificar defeitos no aço, utilizando técnicas tradicionais e avançadas para garantir um exame minucioso. A inspeção visual tradicional envolve o exame direto a olho nu, que é rentável e flexível, mas pode ser inconsistente devido a variações na competência do inspetor e a limitações na inspeção de áreas de baixa visibilidade.
Para resolver estas limitações, são utilizadas técnicas de inspeção visual melhoradas. As técnicas de melhoramento da luz, como a iluminação angular e difusa, ajudam a realçar as irregularidades da superfície, criando sombras ou proporcionando vistas claras, respetivamente. A Inspeção Penetrante Fluorescente (FPI) utiliza líquidos fluorescentes que se infiltram nas fissuras, brilhando sob luz ultravioleta para revelar defeitos.
A inspeção microscópica utiliza microscópios industriais com câmaras e software de análise de imagem para detetar defeitos mínimos, oferecendo um método de ensaio não destrutivo, embora possa exigir operadores qualificados. A inspeção por boroscópio é útil para examinar estruturas internas, proporcionando vistas detalhadas de áreas não visíveis a olho nu.
Os sistemas de Inspeção Ótica Automatizada (AOI) utilizam câmaras de alta resolução, iluminação sofisticada e algoritmos de software para inspecções de superfície rápidas, objectivas e precisas. Estes sistemas beneficiam de uma melhoria contínua através da IA e da aprendizagem automática, melhorando a identificação de defeitos e a manutenção preditiva.
A integração da aprendizagem automática e da IA em métodos baseados na visão melhora significativamente a deteção e classificação de defeitos. Modelos como Redes Neurais Artificiais e Aprendizagem Profunda lidam com grandes conjuntos de dados e diversos tipos de defeitos de forma eficiente. A normalização e a avaliação comparativa são cruciais para comparar algoritmos, enquanto o aumento de dados melhora o desempenho do modelo. A experiência humana continua a ser vital para refinar e validar estes modelos, especialmente com pequenos conjuntos de dados.
Ao combinar estas técnicas de inspeção visual com tecnologias avançadas, as indústrias podem obter uma deteção de defeitos mais precisa e eficiente em superfícies de aço.
As principais causas de defeitos no aço podem ser atribuídas a vários factores, que podem ser amplamente classificados em factores relacionados com o material, questões relacionadas com o processo e condições ambientais.
Os factores relacionados com o material incluem a presença de inclusões e segregação. As inclusões são partículas não metálicas, como escórias e óxidos, que podem enfraquecer o aço, resultantes da fusão incompleta dos materiais ou da contaminação durante a fundição. A segregação ocorre quando elementos como o manganês, o carbono e o enxofre se concentram de forma desigual durante a fundição, causando variações locais na composição que podem levar a defeitos como manchas brancas e fissuras.
Os problemas relacionados com o processo incluem aquecimento e arrefecimento incorrectos, conceção e alinhamento deficientes da matriz e técnicas de forjamento e laminagem inadequadas. O arrefecimento rápido ou irregular pode induzir defeitos como flocos e fissuras superficiais, enquanto o arrefecimento lento pode ajudar a mitigar estes problemas. Matrizes desalinhadas ou mal concebidas podem levar a secções não preenchidas e a deslocamentos da matriz. Técnicas de forjamento ou laminagem deficientes podem causar fissuras, laminações e irregularidades na superfície devido a deformações irregulares e tensões internas. Além disso, a soldadura e o tratamento térmico inadequados podem resultar em fissuras e porosidade, sendo crucial a competência e a qualidade do metal de soldadura.
Os factores ambientais e operacionais também desempenham um papel significativo. A limpeza incorrecta da superfície e as atmosferas oxidantes durante o aquecimento podem originar incrustações e oxidação, formando vários óxidos. O desgaste e os danos no equipamento, como nas ranhuras de laminagem, e a utilização incorrecta do pó de fundição podem causar defeitos superficiais e internos. A temperatura e pressão irregulares durante a produção podem resultar em fissuras longitudinais, transversais e de canto em produtos de aço fundido contínuo.
Outros factores que contribuem para a formação de fissuras são as tensões mecânicas excessivas durante o processamento, que conduzem a fissuras superficiais e internas, muitas vezes exacerbadas por um arrefecimento inconsistente e deformações irregulares. As condições climatéricas, como as temperaturas frias, também podem afetar a formação de fissuras durante os processos de laminagem.
Ao compreender estas causas, os fabricantes podem implementar medidas para minimizar os defeitos e garantir a qualidade e integridade dos produtos de aço.
Os fabricantes podem evitar defeitos nos produtos de aço através de várias estratégias-chave implementadas em várias fases do processo de produção. Em primeiro lugar, é fundamental garantir a qualidade das matérias-primas. Isto envolve um processo robusto de inspeção do material recebido para verificar dimensões, normas e graus, juntamente com uma comunicação clara e responsabilidade com os fornecedores.
A manutenção regular do equipamento é vital para evitar defeitos, incluindo a manutenção preventiva e a manutenção de avarias. As verificações e a manutenção de rotina garantem que o equipamento funciona corretamente, reduzindo o risco de defeitos. Por exemplo, a limpeza do equipamento de soldadura e a afiação das lâminas das máquinas CNC podem reduzir significativamente os defeitos.
Nos processos de fundição, a conceção e preparação corretas do molde são essenciais. Isto inclui assegurar uma ventilação adequada para evitar o aprisionamento de gases, utilizar materiais de molde de alta qualidade e controlar os parâmetros de fundição, como a temperatura e a velocidade de vazamento. A manutenção e inspeção regulares dos moldes são necessárias para evitar o desgaste e a degradação.
É necessária uma gestão cuidadosa das práticas de fusão e vazamento para evitar defeitos de fundição. O controlo da temperatura de vazamento, a utilização de técnicas como a fundição assistida por vácuo e a modificação da composição química do material fundido podem reduzir problemas como a porosidade do gás. Configurações adequadas de gating facilitam o arrefecimento e a solidificação uniformes, prevenindo defeitos como cortes a frio e erros de execução.
A preparação e a proteção da superfície são importantes para evitar defeitos na superfície. É essencial manter um espaço de trabalho limpo e bem ventilado, utilizar materiais de alta qualidade e garantir uma adesão adequada em processos como a galvanização. A inspeção regular durante a produção, armazenamento e transporte ajuda a identificar precocemente potenciais problemas.
A implementação de instruções de trabalho normalizadas assegura que os operadores sabem como executar as tarefas e os resultados esperados, reduzindo o trabalho de adivinhação. As medidas de controlo de qualidade, como a utilização de máquinas de medição por coordenadas ou câmaras de visão, ajudam a identificar defeitos precocemente e a manter a eficiência da produção.
O manuseamento e armazenamento corretos dos materiais podem evitar defeitos. A utilização de areia de alta resistência, de granulometria pequena e de baixa permeabilidade, bem como a compactação da areia, evitam a penetração do metal. A secagem de moldes e machos antes da utilização e o seu armazenamento a seco evita a porosidade do gás.
O controlo do processo de arrefecimento e solidificação é fundamental. Ter em conta as tolerâncias de contração no design do padrão e aumentar a dissipação de calor local com arrefecimentos internos, nervuras de arrefecimento ou bobinas pode evitar cavidades de contração.
Ao implementar estas estratégias, os fabricantes podem reduzir significativamente os defeitos nos produtos de aço, garantindo uma maior qualidade e fiabilidade nos produtos finais.
A reparação de defeitos em aço envolve várias metodologias e considerações. A reparação por soldadura é adequada para resolver pequenos defeitos, recuperar componentes e efetuar modificações em protótipos. A remoção do defeito, o pré-aquecimento e as técnicas de soldadura adequadas são cruciais para reparações eficazes. Devem ser efectuados ensaios não destrutivos para garantir a integridade da soldadura. Para aplicações críticas, pode ser necessário efetuar uma nova fundição. A reparação de aço estrutural envolve inspeção visual, soldadura, aparafusamento e técnicas de reforço para manter a integridade e a funcionalidade.
Os impactos específicos dos defeitos do aço nas propriedades físicas do aço incluem principalmente os seguintes aspectos:
Alterações na dureza e plasticidade: Influenciada por determinados factores, a resistência do aço pode aumentar, mas, ao mesmo tempo, a plasticidade e a tenacidade diminuem, resultando num aumento da fragilidade, um fenómeno conhecido como endurecimento. Este fenómeno ocorre normalmente sob cargas repetidas, quando o limite elástico aumenta e entra na fase plástica.
Efeitos na resistência ao desgaste e na resistência à fadiga: Os defeitos de qualidade da superfície não só afectam o aspeto estético das bandas de aço laminadas a quente, como também podem ter efeitos adversos nas suas propriedades mecânicas e na resistência à corrosão, incluindo a resistência ao desgaste e à fadiga.
Desgaste da ferramenta e superfícies não lisas: A presença de folga no material pode levar a um desgaste excessivo e a superfícies não lisas das ferramentas feitas com ele. Por isso, o aço para ferramentas tem requisitos rigorosos para o nível aceitável de folga.
Dispersão da microestrutura e defeitos: A tenacidade do aço depende principalmente da dispersão da microestrutura e dos defeitos (evitando defeitos concentrados), mais do que da composição química. A tenacidade sofre alterações significativas após o tratamento térmico.
Efeitos do tratamento de recozimento e normalização: O recozimento pode reduzir a dureza do aço, melhorar a plasticidade, refinar os grãos, eliminar defeitos estruturais causados por fundição, forjamento e soldadura, homogeneizar a estrutura e a composição do aço e aliviar as tensões internas e o endurecimento por trabalho no aço. A normalização tem efeitos semelhantes em grandes peças fundidas, forjadas e soldadas.
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.
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