dc.contributor.author | Lorenzoni, Marco Gabriel | |
dc.date.accessioned | 2023-11-21T18:13:11Z | |
dc.date.available | 2023-11-21T18:13:11Z | |
dc.date.issued | 2023-07-31 | |
dc.identifier.citation | LORENZONI, Marco Gabriel. Análise de viabilidade do processo de laser cladding para a recuperação de eixos de transmissão em equipamentos de grande porte. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18929. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18929 | |
dc.description.abstract | Large-scale gearboxes’ shafts are high-value-added components. In situations where these parts
experience superficial wear, a cost-effective solution is the recovery of the damaged region
through additive manufacturing processes, particularly laser cladding. Generally, high cooling
rates are generated during this operation. They bring benefits such as increased surface hardness
of the region and grain refinement, but they also promote the accumulation of thermal stresses
in the coating and alteration of the microstructure in the substrate. When these stresses exceed
the tensile strength limit of the coating material, it is highly likely that cracks will form in its
structure. The most recommended solution to prevent the formation of defects in the coating is
preheating the substrate. With this strategy, it is possible to reduce the thermal stresses induced
in the process, provide a more homogeneous microstructure to the coating, improve its surface
finish, and prevent crack formation in its structure. On the other hand, preheating temperatures
can impact the properties of critical regions of the part, such as the surface hardness of the teeth.
In pinions and gears, the surface hardness of the teeth is a very important characteristic to ensure
their durability. The quality of the coating and control over residual stresses induced in the
substrate are essential for the operational reliability of the equipment after the repair. This work
presents a study on preheating and deposition parameters aiming to enable the recovery, through
the laser cladding process, of shaft necks of large-scale gearboxes’ pinions made of 18CrNiMo7-
6 alloy steel. Following the preheating recommendations for welding according to the equivalent
carbon rule, a temperature of 250°C was defined for preheating the region of the shaft to be
recovered (50°C above the tempering temperature of the teeth). A preliminary experiment of
shaft preheating with a torch was performed to define the input data for the computational model.
Through numerical simulation, using the three-dimensional model of the shaft and the finite
element method, it was possible to conclude that preheating at 250°C does not compromise the
mechanical properties of the teeth. To evaluate the quality of the coating generated with this
preheating temperature, the deposition of the HGMET metallic powder alloy was performed
on two samples of DIN 18CrNiMo7-6 steel through the laser cladding process. The samples
were processed with different preheating parameters and laser power (sample 1: 250°C and 3
kW; sample 2: 400°C and 4 kW). Sample 2 showed good structural integrity of the coating,
while severe cracks formed in sample 1. It is concluded that in order to ensure the quality of
HGMET coatings deposited by laser cladding on 18CrNiMo7-6 alloy steel substrate, preheating
at temperatures around 400°C is necessary, which makes the recovery process infeasible for
some regions of the shaft as it affects the surface hardness of the teeth | eng |
dc.description.sponsorship | Não recebi financiamento | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Redutor de velocidade | por |
dc.subject | Manufatura aditiva | por |
dc.subject | Recuperação dimensional | por |
dc.subject | Gearbox | eng |
dc.subject | Additive manufacturing | eng |
dc.subject | Dimensional recovery | eng |
dc.title | Análise de viabilidade do processo de laser cladding para a recuperação de eixos de transmissão em equipamentos de grande porte | por |
dc.title.alternative | Feasibility analysis of the laser cladding process for the recovery of transmission shafts in large equipment | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.contributor.advisor1 | Antonialli, Armando Italo Sette | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4367459395417045 | por |
dc.description.resumo | Eixos de redutores de velocidade de grande porte são peças de alto valor agregado. Em situa ções onde essas peças sofrem desgaste superficial, uma solução com bom custo-benefício é a
recuperação da região danificada por meio de processos de manufatura aditiva, com destaque
para o método de laser cladding (LC). Geralmente, altas taxas de resfriamento são geradas
nessa operação. Elas trazem consigo benefícios, como elevação da dureza superficial da região
e refino de grão, mas também promovem o acúmulo de tensões térmicas no revestimento e
alteração de microestrutura no substrato. Quando essas tensões ultrapassam o limite de resistên cia à tração do material de revestimento, é muito provável que haja a formação de trincas em
sua estrutura. A solução mais indicada para prevenir a formação de defeitos no revestimento
é o pré-aquecimento do substrato. Com essa estratégia, é possível reduzir as tensões térmicas
induzidas no processo, conferir uma microestrutura mais homogênea ao revestimento, melhorar
seu acabamento superficial e prevenir a formação de trincas em sua estrutura. Por outro lado, as
temperaturas de pré-aquecimento podem alterar propriedades de regiões críticas da peça, como a
dureza superficial de dentes. Em pinhões e engrenagens, a dureza superficial dos dentes é uma
característica muito importante para garantir a sua durabilidade. A qualidade do revestimento e
o controle sobre tensões residuais induzidas no substrato são essenciais para a confiabilidade
operacional do equipamento após a recuperação. Este trabalho apresenta um estudo sobre os
parâmetros de pré-aquecimento e deposição visando viabilizar a recuperação, pelo processo
de LC, de colos de eixos pinhões de redutores de velocidade de grande porte em aço liga
18CrNiMo7-6. Seguindo as recomendações de pré-aquecimento para soldagem de acordo com
a regra do carbono equivalente, definiu-se a temperatura de 250°C para pré-aquecimento da
região do eixo a ser recuperada (50°C acima da temperatura de revenimento dos dentes). Um
experimento preliminar de pré-aquecimento de um eixo com maçarico foi realizado a fim de
se definir os dados de entrada para o modelo computacional. Por meio de simulação numérica,
utilizando o modelo tridimensional do eixo e o método de elementos finitos, foi possível concluir
que o pré-aquecimento a 250°C não compromete as propriedades mecânicas do dentado. Para
avaliar a qualidade do revestimento gerado com essa temperatura de pré-aquecimento, realizou-se
a deposição da liga de pó metálico HGMET em duas amostras de aço DIN 18CrNiMo7-6 pelo
processo de LC. As amostras foram processadas com parâmetros diferentes de pré-aquecimento
e potência de laser (amostra 1: 250°C e 3kW; amostra 2: 400°C e 4 kW). A amostra 2 apresentou
boa integridade estrutural do revestimento, enquanto na amostra 1 houve formação de trincas
severas. Conclui-se que para se garantir a qualidade de revestimentos de HGMET depositados
por LC em substrato de aço liga 18CrNiMo7-6, é necessário pré-aquecimento a temperaturas da
ordem de 400°C, o que inviabiliza o processo de recuperação de algumas regiões do eixo por
afetar a dureza superficial dos dentes. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMec | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/0337872462704496 | por |