Otimização do processo de nitretação gasosa na redução de trincas em anéis de pistão para motores de combustão interna.

Abstract

Existem atualmente duas grandes linhas no desenvolvimento dos motores de combustão interna. A primeira com foco na redução da emissão de poluentes nos gases de escape. A segunda orientada na redução da potência de atrito dos motores, de modo a melhorar sua eficiência e economia com relação ao consumo de combustíveis, com foco principal na redução do peso e do tamanho dos componentes. Os Anéis de Pistão são peças de metal que, quando instaladas nos pistões dentro dos cilindros dos motores, tornam-se circulares e auto expansivas, proporcionando uma vedação móvel entre a câmara de combustão e o cárter do motor. Estes componentes são submetidos à intensa demanda funcional, sendo solicitados a apresentarem uma baixa taxa de desgaste e a manterem sua integridade estrutural e funcional sob temperaturas e pressões elevadas. Em função destas exigências, é conhecida a técnica de prover-se a face de contato com o cilindro destes componentes com revestimentos ou tratamentos de superfície para melhorar a resistência ao desgaste e à corrosão. Nos motores modernos, em face da busca por redução de atrito, houve uma considerável tendência na redução da espessura dos anéis de pistão, abaixo muitas vezes de 1,2 mm. Em razão disto, houve uma migração destas aplicações para o uso de aço, principalmente aços inoxidáveis martensíticos, nos anéis de compressão próximos à câmara de combustão. Estes anéis têm suas propriedades tribológicas melhoradas pelo tratamento de nitretação gasosa. O processo de nitretação gasosa confere ao aço propriedades superficiais intermediárias entre os materiais metálicos e cerâmicos, como baixo coeficiente de atrito, alta resistência ao desgaste adesivo, assim como ao desgaste por abrasão. O processo de fabricação destes anéis de pistão é afetado por diversas variáveis ou fatores, os quais agem direta ou indiretamente no resultado obtido nas peças. Em face do elevado número de fatores e interações entre estes, por vezes observam-se descontroles nestes processos produtivos, que levam a perdas de qualidade, rejeição das peças, ou até em casos não detectados internamente ao sistema produtivo, de falhas em serviço. Um dos problemas decorrentes destes descontroles é a ocorrência de trincas nas peças, que pode levar a falhas catastróficas em serviço. Neste trabalho buscou-se a estimação adequada dos principais fatores de um processo envolvendo a nitretação gasosa, aplicado aos anéis de pistão feitos em aço inoxidável. Uma estratégia experimental foi desenvolvida resultando na otimização de um conjunto de variáveis responsáveis pelo aparecimento de trincas advindas do processo de nitretação gasosa.