I&D+I 59 resistência mecânica elevada, boa ductilidade e excelente maquinabilidade com densidade significativamente inferior [1]. Foi este o desafio que a Miranda & Irmão e o INEGI decidiram enfrentar em conjunto, no âmbito do PPS26 do WP4 da Agenda Mobilizadora para a Inovação Empresarial do Setor das Duas Rodas (AM2R), financiada pelo PRR. O objetivo passou por selecionar e validar experimentalmente uma liga metálica de baixa densidade e alta resistência como substituto dos eixos convencionalmente produzidos em ligas de elevada densidade, estabelecendo relações entre material, microestrutura e comportamento mecânico que suportem a decisão de engenharia e demonstrando conformidade com os requisitos de segurança da norma ISO 4210-8 [2], que especifica os métodos de ensaio para sistemas de pedais e transmissão, incluindo ensaios de fadiga do conjunto crenco-eixo sob cargas que simulam a ‘posição de ataque’, com o ciclista em pé sobre os pedais em descida. O trabalho ganha ainda mais relevância num país que se afirma como referência europeia na produção de bicicletas - Portugal liderou a produção de bicicletas na União Europeia em 2023, com cerca de 1,8 milhões de unidades produzidas, num universo de 9,7 milhões fabricadas em toda a EU [3]. QUATRO MATERIAIS EM COMPARAÇÃO Para chegar a uma decisão fundamentada, a equipa não se limitou a testar o novo material. Comparou-o com quatro soluções já usadas atualmente na produção de eixos, três ligas de elevada densidade e uma de densidade intermédia. de forma a construir um retrato completo do que já existe no mercado antes de validar a alternativa proposta, designada ao longo do estudo por material E (M-E). A cada um dos materiais foi aplicado o mesmo protocolo de caracterização, com quatro etapas complementares. Na composição química, recorreu-se a espectrometria de emissão ótica de faísca (OES). Na dureza, mediram-se perfis de microdureza na escala Vickers (HV0,05) da superfície até ao núcleo, de forma a identificar eventuais tratamentos termoquímicos superficiais, já a dureza da matéria-prima M-E foi caracterizada utilizando a escala Brinell (HB10). Na microestrutura, as amostras foram preparadas metalograficamente e observadas ao microscópio ótico, nas direções longitudinal e transversal ao processamento. Por fim, os ensaios de tração uniaxial seguiram a norma ASTM E8/E8M: o M-E foi ensaiado em sete provetes de geometria normalizada, com medição do alongamento por vídeo-extensometria, figura 2. Ao material de densidade intermédia foram ainda realizados ensaios de fadiga de alto ciclo e o conjunto crenco-eixo com o M-E foi submetido a simulação numérica de elementos finitos. RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO A comparação dos resultados obtidos após análise da composição química com os intervalos definidos na norma de referência aplicável confirma que a composição química do M-E cumpre integralmente os limites especificados em todos os elementos de liga analisados, com teores característicos dos elementos que conferem a esta família alta resistência mecânica. Os materiais de referência de elevada densidade e o material de densidade intermédia apresentaram, cada um, composições consistentes com as respetivas categorias normativas. Nos perfis de microdureza, os materiais de elevada densidade mostraram comportamentos bem distintos entre si. Um deles evidenciou um gradiente superficial pronunciado, com dureza na região central da ordem de 450 HV e um pico muito superior junto à superfície (≈ 720 HV), indicativo de tratamento termoquímico de endurecimento superficial com camada de espessura estimada em ≈ 0,5 mm. O outro apresentou dureza praticamente constante ao longo de toda a secção transversal (≈ 300 - 340 HV), confirmando a ausência de tratamento superficial. Já o M-E apresenta dureza homogénea de 167 ± 3 HB que é consistente com a literatura para esta categoria de liga após o tratamento térmico de referência, tipicamente na gama 150 - 175 HB e que confirma a correta execução desse tratamento. A observação ao microscópio ótico, figura 3, complementa esta leitura. Na direção longitudinal, paralela ao sentido de processamento por extruFigura 2: Geometria normalizada dos provetes ensaiados(esquerda) e setup preparado para o ensaio de tração uniaxial (direita). eventuais tratamentos termoquímicos superficiais, já a dureza da matéria-prima M-E foi caracterizada utilizando a escala Brinell (HB10). Na microestrutura, as amostras foram preparadas metalograficamente e observadas ao microscópio ótico, nas direções longitudinal e transversal ao processamento. Por fim, os ensaios de tração uniaxial seguiram a norma ASTM E8/E8M: o M-E foi ensaiado em sete provetes de geometria normalizada, com medição do alongamento por vídeo-extensometria, figura 2. Ao material de densidade intermédia foram ainda realizados ensaios de fadiga de alto ciclo e o conjunto crenco-eixo com o M-E foi submetido a simulação numérica de elementos finitos. Figura 2: Geometria normalizada dos provetes ensaiados(esquerda) e setup preparado para o ensaio de tração uniaxial (direita).
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