PRODUÇÃO DE ENGRENAGEM POR METALURGIA DO PÓ

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO 
UNIDADE DO CABO DE SANTO AGOSTINHO 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO FINAL DE ATIVIDADES DA TURMA DE PROCESSAMENTO DE 
MATERIAIS 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE ENGRENAGEM POR METALURGIA DO PÓ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CABO DE SANTO AGOSTINHO - PE 
DEZEMBRO – 2021. 
 
 
 
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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO 
UNIDADE DE CABO DE SANTO AGOSTINHO 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE ENGRENAGEM POR METALURGIA DO PÓ 
 
 
 
 
 
Relatório parcial apresentado à Unidade Acadêmica do Cabo de 
Santo Agostinho (UACSA), da Universidade Federal Rural de 
Pernambuco (UFRPE), em cumprimento às exigências da 
disciplina Processamento dos Materiais, ministrada pela Profa. 
Dra. Juliana Fonseca, para 2ª V. A. 
Grupo: Jennifer Montenegro, Ginaldo Júnior, Niraldo Mateus 
Melo, Rafael Aldreem. 
Professora: Juliana de Castro Macedo Fonseca 
 
 
 
 
 
 
 
CABO DE SANTO AGOSTINHO – PE 
DEZEMBRO – 2021.
 
 
 
RESUMO 
 
Atualmente existem diversas formas de processamento de materiais metálicos, cada 
um deles têm suas próprias características, como: Custo de produção, técnicas 
utilizadas, qualidade do produto, aplicações etc. Dentre os principais métodos de 
processamento, temos a metalurgia do pó. Este processo está cada vez mais presente 
em diversos setores da indústria mundial, principalmente na indústria automobilística, 
onde ele pode ser utilizado em diversas parte dos carros, como as engrenagens, por 
exemplo. As engrenagens produzidas por metalurgia do pó apresentam um baixo 
custo de produção, além de possuir um baixo índice de desperdício e boa resistência. 
Com base nisso, nosso trabalho visa elaborar uma engrenagem composta por aço 
inoxidável dúplex, por meio do processo de metalurgia do pó. 
 
Palavras chaves: Métodos de processamento; Materiais metálicos; Metalurgia do pó; 
Indústria automobilística; Engrenagens; Aço inoxidável dúplex. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Sumário 
1. INTRODUÇÃO 5 
2. OBJETIVOS 6 
2.1 OBJETIVO GERAL 6 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 6 
3. PRODUTO 6 
3.1 MATERIAL TREFILADO 7 
3.2 MATERIAL ESTAMPADO 7 
4. MATÉRIA-PRIMA 8 
5. JUSTIFICATIVA PARA A ESCOLHA DO MATERIAL 8 
6. PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA 9 
FONTE: AUTORES, 2021. 9 
7. POCESSAMENTO 11 
7.1 PORQUE FOI ESCOLHIDO 11 
7.2 A COMPACTAÇÃO 12 
7.3 SINTERIZAÇÃO E ETAPAS COMPLEMENTARES 13 
8. CONCLUSÃO 14 
9. REFERÊNCIAS 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
 A metalurgia do pó consiste no processo de fabricação em que ocorre a 
transformação de pós-metálicos/não metálicos em um produto, de maneira que não 
atinja a temperatura de fusão dos principais materiais primários envolvidos. O 
processo é dividido em três etapas básicas, sendo elas: Obtenção do pó, 
compactação do pó e a sinterização (MARCHEZAN et al., 2019). 
 Esse método é um processo metalúrgico de fabricação de peças metálicas, não 
metálicas e cerâmicas, que vem ganhando notoriedade na indústria atual. Diferente 
dos processos convencionais, a metalurgia do pó não apresenta fase líquida ou fase 
líquida parcial durante o processamento. Segundo Da Silva (2018), com o crescimento 
do setor automobilístico houve um aumento na procura e demanda por peças com 
custo de produção mais baixas e de rápido processamento. Atualmente, cerca de 75% 
da produção de peças pelo método de metalurgia do pó são para abastecer o setor 
automobilístico. Nos Estados Unidos, cerca de 19,5 kg do peso total dos automóveis 
são produzidos por metalurgia do pó, no Japão e Europa, aproximadamente 9,0 kg e 
no Brasil apenas 5,0 kg. 
 A metalurgia do pó também pode ser utilizada para produzir engrenagens para o 
setor automobilístico, apresentando baixas tolerâncias e tensões de ruptura 
equiparáveis aos métodos de produção de engrenagens mais difundidos, sendo a 
produção em larga escala e o custo como principais vantagens. Com o avanço da 
tecnologia na técnica da metalurgia do pó aumentou-se a quantidade de produtos em 
que ela pode ser utilizada e novas técnicas são aplicadas para melhoramento de 
propriedades (SANTOS, 2017). 
 Segundo a pesquisa de Oliveira Jr. (2019), a fabricação de engrenagens 
automotivas pelo método de sinterização é viável. O processo de fabricação da 
engrenagem forjada levou em torno de 20 dias para completar um lote de 50.000 
peças, com um custo total de R$ 7,36 cada, enquanto para a fabricação da 
engrenagem sinterizada, tem-se um valor extremamente baixo, tendo uma estimativa 
de 15 dias para fabricação de 500.000 peças, com valor total de R$ 5,00 cada. 
Portanto, o custo de fabricação é baixo, a velocidade de produção é alta, e ao utilizar 
um tratamento térmico adequado, a propriedade de dureza do material torna-se 
semelhante a dureza de uma peça forjada. Além dessas vantagens, a metalurgia do 
6 
 
pó é um processo ecologicamente correto, já que há um desperdício mínimo de 
matéria-prima, e o produto apresenta um bom acabamento superficial. 
 Portanto, nesse projeto elaboraremos um estudo sobre a produção, em escala 
laboratorial, de engrenagens por meio do processo de metalurgia do pó, com o intuito 
de aperfeiçoar nosso conhecimento sobre o processamento de materiais na indústria 
metalúrgica. 
 
2. OBJETIVOS 
 
2.1 Objetivo Geral 
 
 Elaborar um projeto sobre um estudo de uma produção de engrenagens por 
metalurgia do pó. 
 
2.2 Objetivos Específicos 
 
• Elaborar, com base no que foi aprendido na disciplina de Processamentos dos 
Materiais, uma revisão bibliográfica sobre o método de processamento 
escolhido; 
• Apresentar a técnica de processamento definida para a produção das 
engrenagens; 
• Expor o estudo desenvolvido. 
 
3. PRODUTO 
 
 O produto selecionado para este trabalho foi a engrenagem de automóveis. As 
engrenagens são rodas dentadas relacionadas à transmissão de movimentos 
rotativos e de torque entre eixos. Os movimentos podem ser alterados de acordo com 
o número de dentes da peça, assim como a força dos movimentos. Podem ser 
produzidas a partir de materiais como aços-liga, como aço-cromo, níquel e molibdênio, 
ferro fundido cinzento, polímeros injetados e alumínio (ALMEIDA, 2014). A figura 1 
mostra uma engrenagem produzida pelo processo de forjamento. 
 
7 
 
Figura 1 - Engrenagem do motor de partida de um corsa. 
 
Fonte: OLIVEIRA, 2019. 
 
 As engrenagens são classificadas baseadas nas configurações, internas ou 
externas, no eixo de transmissão, que podem ser dentes retos ou helicoidais, e podem 
ser classificadas pelo padrão de movimento, rotação ou rotação para retilíneo (DAVIS, 
2004). 
 Engrenagens geralmente passam por várias etapas de fabricação: 
 
3.1 Material trefilado 
 
Barras de 3 metros de comprimento com o formato dos dentes da engrenagem. A 
barra era colocada em torno automático que usinavam o furo central e o rebaixo 
necessário para a montagem na peça estampada. Posteriormente passava por uma 
etapa de cementação e tratamento térmico; 
3.2 Material estampado 
 
Executado pelo cliente em prensas de estamparia e enviado para zincagem; 
 Após isso, peças eram montadas em uma prensa, que resulta em uma peça com 
baixa precisão dimensional. 
 A metalurgia do Pó é um processo viável para a produção de engrenagens, pois é 
capaz de produzir peças com tolerâncias apertadas e tensão de ruptura de 1240 MP, 
além disso ela conta com custos competitivos em grande escala. Engrenagens como: 
de dentes retos, helicoidais e cônicas são produzidas por metalurgia do pó. Com o 
avanço tecnológico, a qualidade e aplicações das engrenagens sinterizadas melhora 
continuamente. Novas técnicas, como infiltração de pó, forjamento de pó, superfície 
8 
 
de rolamento, tratamentos de acabamento, permitiram a competitividade entre outros 
métodos de manufatura (ASM Handbook, 2000). 
 A ideia desse projeto é elaborar um modelo de engrenagem de automóveis atravésda sinterização, utilizando aço inoxidável dúplex como componente, a fim de obter 
uma peça com vida útil superior às peças usuais. 
 
4. MATÉRIA-PRIMA 
 
 Neste trabalho, o aço inoxidável dúplex será o material sugerido para a peça. A 
composição utilizada foi baseada na norma ASTM A240 do AID UNS S32205, cujas 
proporções estão apresentadas na Tabela 1. 
 
Tabela 1 - Composição do AID UNS S32205 (NORMA ASTM A240, 2021). 
Elemento C Mn Si Cr Ni P S Mo N Fe 
% 0,03 2,00 1,00 23,0 6,50 0,03 0,02 3,5 0,20 63,72 
 
 
5. JUSTIFICATIVA PARA A ESCOLHA DO MATERIAL 
 
 Os aços inoxidáveis dúplex possuem uma crescente utilização na fabricação de 
sinterizados, são empregados com diferentes composições e diferentes sequencias 
de processamentos, sendo frequentemente utilizados na indústria automobilística e 
na produção de componentes de equipamentos (COSTA, 2018). A utilização deste 
aço está relacionada com sua excelente resistência a ambientes corrosivos 
(resistência à corrosão sob tensão e intergranular) e sua alta resistência mecânica 
(YONEKUBO, 2010). 
 Os aços inoxidáveis dúplex são ligas ferrosas, que são baseadas em sistemas Fe-
Cr-Ni, cuja microestrutura é uma mistura de férrita (CCC) e austenita (CFC) presentes 
em parcelas significantes (DURAND, 2020). A sinterização destes aços (ligas Fe-Cr-
Ni) ocorre a partir de pós pré-ligados de aços inoxidáveis dúplex ou pelo 
balanceamento entre pós de aços inoxidáveis austeníticos misturados com pós de 
aços inoxidáveis ferríticos para a formação da estrutura dúplex (NEVES, 2015). 
Segundo Souza Junior (2008) a mistura dos aços para a obtenção do aço inoxidável 
duplex se faz necessária devido ao dobro de resistência mecânica obtida, combinada 
9 
 
a uma boa tenacidade, oferecendo uma elevada resistência ao trincamento por 
corrosão sob tensão. 
 O aço inoxidável Duplex UNS S32205 é uma classe comumente designada como 
SAF 2205, devido aos seus teores de cromo e níquel. Essa classe oferece 
propriedades como: Alta resistência à corrosão sob tensão (SCC) em ambientes 
contendo cloreto; Alta resistência à corrosão sob tensão (SCC) em ambientes 
contendo sulfeto de hidrogênio; Alta resistência à corrosão geral corrosão por pite e 
fenda; Alta resistência mecânica - quase duas vezes a resistência de prova dos aços 
inoxidáveis austeníticos; Boas propriedades de trabalho a quente; Alta resistência à 
corrosão; erosão e fadiga por corrosão, Propriedades físicas que oferecem vantagens 
de design; Boa soldabilidade (NEVES, 2015). 
 
6. PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA 
 
Para o processo de sinterização dos pós elementares dissociados, a composição 
química utilizada como padrão foi a do aço AID UNS S32205, conforme formulações 
apresentadas na Tabela 2, abaixo: 
 
Tabela 2 - Composições em (%) do AID UNS S32205. 
 
 
Fonte: Autores, 2021. 
 
A Tabela 3 apresenta as características de pureza e os fornecedores dos materiais 
utilizados no desenvolvimento teórico deste trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabela 3 - Características dos pós comerciais e o gás Nitrogênio utilizado. 
 
Fonte: Autores, 2021. 
 
 As formulações a serem estudadas podem ser processadas em um misturador do 
tipo "Y" a 45 rpm. durante 120 minutos. Seguidos da pesagem de 10g do pó para 
posterior compactação. Para a compactação das amostras pode se utilizar uma matriz 
uniaxial de duplo efeito com pressão de compactação de 800 MPa formando pastilhas 
com diâmetro e altura média de Ø=18,88 e h=5,5mm respectivamente. A densidade a 
verde teórica obtida para as amostras foi de aproximadamente 4,40 g/cm³. 
 Também podendo ser obtida o aço de estrutura dúplex por moagem de alta 
energia. Esta técnica permite uma produção de materiais homogêneos partindo da 
mistura de pós-elementares com microestrutura controlada (SURYANARAYANA, 
2001). A produção das ligas é realizada pela repetição de processos de soldagem e 
fratura da mistura de partículas de pó, onde tal combinação é de alta energia. A 
moagem de alta energia vem sendo muito utilizada para sinterizar pós e para reduzir 
tamanho de grãos, pois oferece um produto com estrutura refinada, atingindo até 
mesmo tamanho nanométricos (MENDONÇA, 2018). 
 Os parâmetros de moagem utilizados foram baseados no estudo realizado por 
Pavlak e colaboradores (2010), pois o produto obtido foi submetido a análise 
metalográfica ótica e eletrônica de varredura, que comprovou a presença da estrutura 
dúplex de grão de ferrita e de austenita; os pós de ferro, cromo e níquel foram 
processadores por um moinho de alta energia tipo Spex 8000 Mixer/Mill, utilizado 
poder de moagem 5:1 (massa do pó 4g, massa das esperas 20g) em um período de 
8 horas em atmosfera de nitrogênio. O moinho do tipo Spex é comumente utilizado 
em laboratórios, ele possui um jarro onde há material e o meio de moagem (esperas), 
com o balanço e o movimento 
11 
 
lateral faz com que o impacto das esferas com o material em questão seja muito 
elevado (SPANHOLI, 2016). Por este motivo os pós podem ser obtidos em pós 
ultrafinos, contribuindo no processo de sinterização por sua pena área superficial. 
 Apesar da homogeneidade de distribuição dos elementos oferecida no processo 
de moagem ainda assim se faz necessária uma etapa de mistura, para garantir a 
melhor homogeneidade possível. 
 
7. PROCESSAMENTO 
 
 Processos (GARCIA, 2017) são todos os procedimentos que podem envolver 
passos químicos ou mecânicos que pode fazer parte da manufatura de um ou até 
mesmo de vários itens, que são geralmente realizados em uma grande escala de 
produção, podendo ser dividido em diversas categorias que são baseadas na 
caraterísticas principais do processamento, sendo os principais: Processos gerais, 
reconformação e moldagem. (FRANCHI, 2011). 
 Os processos gerais são todos, os processos que apresentam a possibilidade de 
aplicação sobre o produto ou como parte de um processo de mensuração maior, 
temos como exemplo a liquefação de gases e liofilização. 
 Enquanto a reconformação, são todos os processos que têm como objetivo 
modificar as formas de um material, através de métodos como corte, dobra, 
compactação ou até mesmo por polimento, alguns desse processamento são: 
Fundição, forjamento, injeção, usinagem etc. 
 Já o processamento de moldagem, que é bastante utilizado atualmente, é muito 
comum vê-los na obtenção de peças de matérias de plástico, ela consiste, de maneira 
básica, na introdução da matéria-prima dentro de um molde que pode ser dividido em 
duas ou mais partes, dependendo só da complexidade da forma final da peça, após a 
introdução é esperado a peças resfriar para poder ser retirar, e levada para fazer o 
acabamento das peças. 
 
7.1 Porque foi escolhido 
 Foi escolhido como processamento, a metalurgia do pó, devido a um melhor 
controle sobre dimensões das nossas peças, como também um maior controle de 
qualidade e uma grande homogeneidade das propriedades mecânicas do nossas 
matérias um menor desperdícios. Porem o que é a metalurgia do pó, segundo MORO 
12 
 
(2007), temos que a metalurgia do pó é um processo de produção de peças metálicas 
através da compactação de pó metálicos, que são seguida da sinterização, esse 
processo é baseado na compactação/modelagem à mistura, com o objetivo de gerar 
uma continuidade nos materiais que se encontram entre as partículas trazendo assim 
uma melhora na resistência, é importante ressaltar que uma caraterística especifica 
desse processo é que as peças produzidas possuem uma temperatura abaixo da 
temperatura de fusão do pó que eles foram constituídos. Algumas variáveis do nosso 
processo são: A pressão de compactação, temperatura e tempo de sinterização, 
tamanho e forma das partículas do pó. De maneira geral o processo funcionar da 
seguinte forma: Mistura da matéria – prima que já foi citada anteriormente nos tópicos 
de preparação da matéria prima, Comparação e Sinterização e operações 
complementares.7.2 A Compactação 
 O processo de prensagem isostática de pós cerâmicos e metálicos, são usados 
comumente na produção de velas de motores automotivos, é que possui como 
principal caraterística a sua uniformidade e alta qualidade. Tendo a sua primeira 
aplicação no ano de 1913, na fabricação de peças brutas de pó metálicos, porém a 
sua primeira aplicação com cunho comercial em larga escala, ocorreu no ano de 1930. 
Atualmente a prensagem isostática tem sido usada para inúmeras aplicações e é 
indispensável na conformação de metais e cerâmicas. (AMORÓS, 2000). 
 É utilizado no processo um molde que pode ser constituído de inúmeras partes, 
sendo a parte mais importante, a membrana de elastomérica flexível ou a matriz 
elastomérica, assim, que a matriz é preenchida com o pó cerâmico é posteriormente 
selada. A sua superfície que se encontra externa a matriz é comprimida, através de 
um fluido pressurizado de forma gradativa, devido a ação de uma presa isostática, 
com isso gerando o compactado a verde, que posteriormente e quando é necessário 
pode ser usinado e sinterizado, dependendo só da aplicação do produto (BRISTOT, 
2014). 
 Dependendo das dimensões do componente pretendido, do nível de sofisticação 
ou de requisitos de produção, dois tipos de processos a frio vêm sendo utilizados: O 
processo dry bag e o processo wet bag. 
 Com isso temos que o nosso projeto tem objetivo de utilizar nessa etapa, uma 
prensagem do isostática utilizando a prensagem uniaxial a frio, pelo fato de possuí 
13 
 
uma maior homogeneização das propriedades mecânicas para a nossa peça, o 
parâmetro de processo que temos é a pressão de compressão que varia em um faixa 
de 7 a 200 Mpa. (BRISTOT, 2014). 
 
7.3 Sinterização e etapas complementares 
 A sinterização pode ser definida como um processo físico, que através da 
temperatura faz com que um determinado material adquira resistência mecânica. A 
sinterização é utilizada para se fabricar peças metálicas, cerâmicas e compósitos 
metal-cerâmica, sendo parte integrante e principal de técnicas denominadas 
metalurgia do pó e cerâmica, que se incumbem justamente da fabricação de produtos 
metálicos e cerâmicos a partir dos pós dos constituintes. Devido a isto, quando se 
deseja determinar a cinética de sinterização de dado sistema, a rigor é preciso 
examinar criteriosamente o caso específico, usando as teorias como subsídio, ao 
invés de se tentar enquadrar o processo dentro das teorias existentes, como é 
usualmente feito. 
 A sinterização por fase sólida de diversos metais foi estudada, tendo sido 
encontrado que altas taxas de contração ocorriam durante o aquecimento nos 
primeiros momentos de isoterma. Se leva em consideração somente a difusão de 
vacâncias como responsável pelo rápido transporte de matéria, as difusividades 
seriam algumas ordens de grandeza superiores àquelas medidas por técnicas 
confiáveis, como a de traçadores. 
 Ao contrário de algumas estimativas teóricas, é admitido que as forças de 
capilaridade, para baixas razões de tamanho de pescoço, são intensas o suficiente 
para gerar discordâncias, o que já era conhecido para alguns cristais iônicos (SILVA, 
1996). fato da taxa de densificação apresentar relação com a taxa de aquecimento é 
explicado por meio dos mecanismos de eliminação de defeitos. 
 O processo de sinterização é de total importância e com isso o maquinário tem 
total influência na qualidade do material, para este processo a sinterização será 
realizada no forno esteira devido ao seu baixo custo de operação e manutenção e seu 
bom índice de qualidade dos materiais, além da sua boa reprodutibilidade do perfil 
térmico. Quando se usa o Forno esteira o em forno de esteira a velocidade da esteira, 
as temperaturas das regiões do forno definem o tempo de processamento térmico e 
impactam diretamente na qualidade do produto. 
 
14 
 
7.4 Capacitação dos operadores 
 Pensando na melhor qualidade do nosso produto, os colaboradores passaram por 
um treinamento para adquirir conhecimento de como utilizar a prensa isostática, como 
também identificar falhas no processo de sinterização, e é importante citar que esse 
treinamento será assim que o operador for contratado e a cada 3 meses será 
reforçada para poder fixar os pontos abordados sobre falhas e funcionamento do 
maquinário. 
 
8. CONCLUSÃO 
 
 Portanto, ao comparamos o custo de produção das peças, em relação àquelas que 
foram produzidas por métodos de processamento como forjamento e usinagem, além 
das vantagens características do método e do processo, concluímos que produzir 
peças por metalurgia do pó, nos garante peças com uma vida útil maior, mesmo 
aquelas que não passam por um tratamento térmico, com isso torna evidente que as 
engrenagens produzidas por esse tipo de processamento terão uma ótima qualidade 
e um baixo custo de produção e alta complexidade geométrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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