Indústria de fundição de origem brasileira, a Tupy tem como uma de suas principais atividades a produção de blocos e cabeçotes para motores automotivos utilizando diversos tipos de ferros fundidos. É a empresa líder desse setor no mundo e fechou 2014 com um faturamento de mais de R$ 3 bilhões. Para manter esta posição e enfrentar a crescente concorrência de componentes em materiais leves como o alumínio, um projeto em curso no IPT está estudando os fenômenos decorrentes da diminuição da espessura das paredes das peças a valores inferiores a três milímetros.
“Esta é a tendência dos projetistas de automóveis e caminhões, que são um dos clientes da Tupy”, explica o pesquisador responsável pelo Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais do IPT, Mário Boccalini Júnior. O projeto iniciado em 2014 entre o Instituto e a empresa escolheu como objetos de estudo os ferros fundidos cinzentos e os ferros fundidos com grafita compacta em paredes finas, com até três milímetros de espessura, em duas abordagens:
Processo de vazamento do ferro no estado líquido em um molde, realizado no Laboratório de Processos Metalúrgicos do IPT – temperatura do metal atinge 1.400 ºC
as relações ‘microestrutura-propriedades’ de ferros fundidos de parede fina, gerando dados atualizados a serem utilizados no modelamento estrutural de motores, e as relações ‘variáveis de processo – microestrutura’ de ferros fundidos em paredes finas, visando estender a possibilidade de redução de espessura com manutenção do controle da microestrutura e ganho nas propriedades mecânicas.
O prazo para execução do projeto é de 24 meses, com término no primeiro semestre de 2016, e os pesquisadores estão estudando a relação entre a microestrutura do material e as propriedades mecânicas atingidas para estas espessuras, ou seja, como a espessura do componente que está sendo fundido exerce influência sobre a velocidade de resfriamento durante a solidificação, como a velocidade de resfriamento age sobre a microestrutura formada e também como a microestrutura formada influi, entre outros pontos, nas propriedades mecânicas – “esta é a cadeia a ser estudada”, afirma Boccalini.
Quando se trabalha com espessuras reduzidas, a velocidade de resfriamento aumenta e as paredes perdem temperatura mais rapidamente. Em princípio, de maneira geral, o resfriamento excessivamente rápido dos ferros fundidos pode trazer efeitos indesejados, dificultando o processo de formação da microestrutura adequada, explica ele. Este resfriamento acelerado acaba promovendo a formação de constituintes prejudiciais às propriedades do material. Como o aumento dessa velocidade é inevitável, os pesquisadores estão buscando caminhos para evitar ou mitigar os efeitos negativos sobre a microestrutura e, consequentemente, sobre as propriedades mecânicas.
Apesar de o ferro fundido ter densidade superior à do alumínio, a comparação das propriedades relativas à massa dos dois materiais mostra um desempenho superior do primeiro. “Reduzir o volume total do bloco significará uma peça com massa similar àquela produzida em alumínio, mas de melhores características”, afirma Renato Soares Lopes, engenheiro de materiais e pesquisador da Tupy. Existem em andamento hoje em dia estudos em universidades e de pesquisadores de montadoras voltados à redução de espessura de componentes, mas ainda é um mundo a ser desbravado, explica ele: “É este o escopo do projeto: produzir blocos de volumes menores e paredes mais finas com um desempenho adequado. A intenção é fazermos um estudo de maneira aprofundada para gerar um método de engenharia, e não apenas um método técnico de processamento”.
FORMAÇÃO DE MÃO DE OBRA – A execução do projeto está sendo conduzida paralelamente à formação, em nível de mestrado, dos dois colaboradores da empresa que participam dos estudos integrados à equipe de pesquisadores do Laboratório de Processos Metalúrgicos do IPT. Lopes divide as atividades diárias de pesquisa com o engenheiro metalurgista Felipe Fonseca de Oliveira Lima, em dedicação exclusiva, contando com o apoio de um técnico do IPT. Experimentos de instrumentação, algumas operações básicas de fusão, simulações de processos e produção de primeiras peças e de micrografias estão contemplados no escopo do projeto, mas o passo experimental será realizado também na própria empresa: “Trabalhar com ligas específicas da empresa envolve questões de know-how e uma série de testes de parâmetros de processo diretamente nas linhas de produção para que seja o mais fiel possível ao trabalho da Tupy”, afirma Lopes.
Essa aproximação entre os profissionais das duas parceiras foi possível em razão da manifestação do interesse do vice-presidente de Tecnologia, Pesquisa e Inovação da Tupy, Luís Carlos Guedes, na formação de mão de obra para a empresa. “Pensamos então em incluir esta proposta no projeto: os dois pesquisadores da empresa estão cursando mestrado da Escola Politécnica da USP, e desse projeto serão extraídos os temas das dissertações de ambos”, explica Boccalini. “Já tivemos antes pesquisadores visitantes, mas é a primeira vez que temos não somente em nosso laboratório, mas em todo o IPT, a presença de pesquisadores residentes conduzindo o trabalho no dia a dia”.
“Permanecer todo o período aqui no IPT é muito prático para mim: é uma oportunidade de travar contato com profissionais de diversas áreas, com discussões ricas em conteúdo, e ao mesmo tempo contribuir para a minha formação, porque é muito difícil conciliar o trabalho de engenheiro em uma indústria com uma pós-graduação”, afirma Lopes. “Esse esforço de melhoria de conhecimentos deverá contribuir para a formação de uma nova geração de especialistas com domínio dos aspectos dos processos, materiais e produtos relacionados com os negócios da Tupy, dando continuidade à linha estratégica desenvolvida pela empresa desde a década de 1970”, completa Boccalini.
Os clientes da Tupy foram destaque no 2015 Ward’s 10 Best Engines, ranking anual da publicação americana WardsAuto. Entre os dez motores homenageados pela revista, quatro são produzidos com blocos de motor em ferro fundido – e todos eles da Tupy. “Esta premiação é um dos exemplos da importância para o IPT em realizar um projeto com um player de nível mundial. Conduzir um projeto com esta amplitude, com um pano de fundo estratégico, exige um trabalho de excelência e mostra o reconhecimento da Tupy pelos trabalhos prévios executados no IPT”, conclui Boccalini.
