UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
"JÚLIO DE MESQUITA FILHO"
FACULDADE DE ENGENHARIA DO CAMPUS DE SÃO JOÃO DA BOA VISTA
FELIPE STRINGA MOREIRA
Avaliação do Ciclo de Vida de um Corpo de Prova de Aço Maraging 300 para a Indústria
Aeronáutica
São João da Boa Vista
2022
Felipe Stringa Moreira
Avaliação do Ciclo de Vida de um Corpo de Prova de Aço Maraging 300 para a Indústria
Aeronáutica
Trabalho de Graduação apresentado ao Conselho de
Curso de Graduação em Engenharia Aeronáutica
do Campus de São João da Boa Vista, Universidade
Estatual Paulista, como parte dos requisitos para
obtenção do diploma de Graduação em Engenharia
Aeronáutica .
Orientador: Profº Dr. Julian Arnaldo Avila Diaz
Coorientador: Profº Dr. José Augusto de Oliveira
São João da Boa Vista
2022
M838a
Moreira, Felipe Stringa
Avaliação do ciclo de vida de um corpo de prova de aço maraging
300 para a indústria aeronáutica / Felipe Stringa Moreira. -- São João
da Boa Vista, 2022
66 p. : il., tabs., fotos
Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado - Engenharia
Aeronáutica) - Universidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de
Engenharia, São João da Boa Vista
Orientador: Julian Arnaldo Avila Diaz
Coorientador: José Augusto de Oliveira
1. Ciclo de vida do produto. 2. Usinagem. 3. Aço. I. Título.
Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Biblioteca da Faculdade de
Engenharia, São João da Boa Vista. Dados fornecidos pelo autor(a).
Essa ficha não pode ser modificada.
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE ENGENHARIA - CÂMPUS DE SÃO JOÃO DA BOA VISTA
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AERONÁUTICA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE UM CORPO DE PROVA DE AÇO
MARAGING 300 PARA A INDÚSTRIA AERONÁUTICA
Aluno: Felipe Stringa Moreira
Orientador: Prof. Dr. Julian Arnaldo Avila Diaz
Banca Examinadora:
- José Augusto de Oliveira (Coorientador)
- Alessandro Firmino (Examinador)
- Mirian Paula dos Santos (Examinador)
A ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no prontuário do
aluno (Expediente nº 045/2021)
São João da Boa Vista, 14 de março de 2022
DADOS CURRICULARES
FELIPE STRINGA MOREIRA
NASCIMENTO 08/03/1998 - Itu / SP
FILIAÇÃO Luiz Gustavo Moreira
Aparecida Stringa Moreira
Aos meus pais, Aparecida e Luiz Gustavo, que nunca mediram esforços para prover o melhor para
seus filhos. E ao meu irmão mais velho, Erick, que em pouco tempo me ensinou tanto sobre a vida.
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientado, Prof. Dr. Julian Arnaldo Avila Diaz, pelo incentivo, competência, dedicação e
paciência.
Ao meu coorientador, Prof. Dr. José Augusto de Oliveira, pela contribuição e disposição com este
trabalho.
Aos professores do Departamento de Aeronáutica da Faculdade de Engenharia do Campus de São
João da Boa Vista pelo constante incentivo.
A Eng. MSc. Alessandro Silveira Firmino pela dedicação, paciência e contribuição a este trabalho.
A Ana Larissa Melo Feitosa da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo pelas contribui-
ções relativas à caracterização microestrutural aço maraging.
Ao Prof. Dr. Reginaldo Coelho, Prof. Dr. Marcelo Falcão, Dr. Fabio Mariani e Douglas Bon, da
Escola de Engenharia de São Carlos, da Universidade de São Paulo, que disponibilizaram equipamentos
e forneceram informações valiosas para o resultado deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Hamilton Ferreira Gomes de Abreu da Universidade Federal do Ceará pela doação da
amostra de aço maraging 300 forjado.
Ao Prof. Dr. Piter Gargarella da Universidade Federal de São Carlos pelo conhecimento comparti-
lhado do processo de ligas por manufatura aditiva.
A minha namorada Gabrieli pelo incentivo, paciência e por me acompanhar nos momentos mais
difíceis.
Por fim, aos meus amigos aos quais convivi nestes poucos anos e que me inspiram a me tornar uma
pessoa melhor.
Este trabalho contou com o apoio da(s) seguinte(s) entidade(s):
Processo nº 2019/24990-6, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
“Foi o tempo que perdeu com sua rosa o que fez dela uma rosa tão importante.”
(Antoine de Saint-Exupéry)
RESUMO
O aço Maraging foi projetado nos anos 50, com o intuito de fornecer um material para a fabricação de
envelopes motores para foguetes de grande porte. Assim, este aço apresenta altíssima resistência (entre
1800 e 2200 MPa) com alta tenacidade à fratura. Portanto, a aplicabilidade na indústria aeronáutica e de
telecomunicação é de grande valia. Os processos atuais de Manufatura Subtrativa (MS) possibilitaram
a sua aplicação desde trens de pouso de aviões, fabricação de moldes de injeção e peças para usinas
nucleares. Embora este aço exista há vários anos no mercado, e o desenvolvimento metalúrgico e de
fabricação estejam bem estabelecidos, pouco se conhece sobre os impactos ambientais da fabricação
de peças. O intuito deste trabalho foi avaliar os impactos ambientais do uso desta MS na fabricação de
peças no aço Maraging 300. A avaliação dos impactos ambientais foi realizada pela técnica Avaliação
do Ciclo de Vida (ACV) com um sistema de produto cradle-to-gate, apoiada na metodologia UPLCI.
Obteve-se como resultado cenários de melhoria de processo e comparativos com os resultados de outros
trabalhos sobre o processo de Manufatura Aditiva (MA), em específico com o método de Fusão em
Leito de Pó Usando Laser (L-FLP). Então, determinados os principais fatores ambientais envolvidos
neste método de fabricação, desde a produção da matéria prima até o acabamento das peças, pode-se
dizer que, em larga escala, a manufatura convencional apresenta melhor desempenho ambiental, por
ser um processo mais empregado e, neste caso, o maquinário ser mais eficiente. Este resultado provém
da análise da matriz energética brasileira, composta principalmente por hidroelétricas, contudo nas
indústrias onde este material é aplicado são utilizadas poucas peças, um atrativo econômico para o
processo de manufatura aditiva, onde se tem menor perda de material.
PALAVRAS-CHAVE: avaliação de ciclo de vida; aço maraging 300; manufatura subtrativa;
ABSTRACT
The maraging steel was designed in the 50´s seeking to produce a steel for rocket engine envelopes
for large sizes. Thus, this steel depicts ultra-high mechanical resistance (1800 – 2200 MPa) and high
mechanical toughness. Therefore, this steel can be applied in the aerospace and telecommunication
industries. The current subtractive processes accept the application of this steel in landing gears of
big planes, injection moulding dies and parts in the nuclear plants. Even though this steel exists
several years ago in the market, and their metallurgical understanding is well-stablished, few is known
about the environmental impacts in the part fabrication. This study aims to assess the environmental
and production impacts of the subtractive manufacturing (SM) of Maraging 300 steel parts. The
environmental impacts will be conduct using the life cycle assessment (LCA) and a cradle-to-gate
approach. We expect to depict the main environmental factors regarding the parts fabrication using
SM, since the raw material to parts machining, and suggest alternatives to improve the environmental
performance of this process and suggest alternatives for environment improvement. This study is based
on UPLCI methodology and got a major result comparing to one additive manufacturing method (AM),
Laser Based Powder Bed Fusion (L-PBF). Since ambiental hotspots were obtained could be compared
when is right to choose material deposition or removal. Both methods have their hotspot on eletricity
consumption, this results comes from brazillian energy matrix which is mostly from hidropower.
KEYWORDS: life cycle assessment; maraging steel 300; machining;
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 Fluxograma para o sistema de produto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figura 2 Exemplo de estudo de AICV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figura 3 Fluxograma da construção do ICV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figura 4 Relação entre fases da ACV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figura 5 Visão geral da metodologia UPLCI pelo modelo CO2PE! . . . . . . . . . . . 25
Quadro 1 Principais bancos de dados para ACV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Quadro 2 Principais softwares para ACV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Quadro 3 Principais métodos de AICV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figura 6 Quantidade de publicações por palavras-chave . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figura 7 Forno Jung LF07013 - UNESP SJBV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Figura 8 Forno EDG FC-I 6600W - UNICAMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Figura 9 Alicate Amperímetro Minipa ET-3200A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Figura 10 Amostra de Aço Maraging 18%Ni 300 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figura 11 Desenho do corpo de prova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figura 12 Fronteiras do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figura 13 Relações entras as subunidades do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figura 14 Curva de consumo de potência do forno Jung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Quadro 4 Métodos de AICV disponíveis no Gabi Estudantil . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figura 15 Sistema de produto avaliado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figura 16 Consumo Elétrico - Centro de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figura 17 Curvas de Consumo Elétrico - Forno da UNICAMP . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figura 18 Comparação microestrutural aço forjado e impresso . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figura 19 Comparação microestrutural aço tratado termicamente . . . . . . . . . . . . . 43
Figura 20 Comparação de dureza aço tratado termicamente . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Figura 21 Comparação de escoamento do aço forjado e impresso . . . . . . . . . . . . . 44
Figura 22 Comparativo de rugosidade do aço forjado e impresso . . . . . . . . . . . . . . 45
Figura 23 Sistema de produto simplificado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figura 24 Modelo da fabricação da liga de aço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Figura 25 Modelos no software GaBi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Figura 26 Potencial de Mudanças Climáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Figura 27 Potencial de Material Particulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Figura 28 Potencial de Depleção Fóssil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Figura 29 Potencial de Consumo de Água Doce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Figura 30 Potencial de Ecotoxicidade de Água Doce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Figura 31 Potencial de Eutrofização de Água Doce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Figura 32 Potencial de Toxicidade Humana, cancerígena . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Figura 33 Potencial de Toxicidade Humana, não-cancerígena . . . . . . . . . . . . . . . 52
Figura 34 Potencial de Radiação Ionizante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Figura 35 Potencial de Ecotoxicidade Marinha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Figura 36 Potencial de Eutrofização Marinha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Figura 37 Potencial de Depleção de Metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Figura 38 Potencial de Acidificação Terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Figura 39 Potencial de Ecotoxicidade Terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Figura 40 Contribuição de cada etapa para AICV - Tratamento Térmico para 1 peça . . . 57
Figura 41 Contribuição de cada etapa para AICV - Tratamento Térmico para 317 peças . . 58
Figura 42 Contribuição de cada etapa para AICV - Manufatura Aditiva . . . . . . . . . . 58
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Equipamentos utilizados para transformar o material . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Tabela 2 – Equipamentos utilizados para medições e estimativas . . . . . . . . . . . . . . . 30
Tabela 3 – Composição química da amostra (%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Tabela 4 – Estudo de Tempo das Etapas - Normalizado por número de amostras . . . . . . . 39
Tabela 5 – Estudo de Potência das Etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Tabela 6 – Consumo de Eletricidade das Etapas - Normalizado por número de amostras . . . 39
Tabela 7 – ICV - Fabricação da liga de aço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Tabela 8 – ICV - Processos de remoção de material (MS e Acabamento Superficial) . . . . . 41
Tabela 9 – ICV - Tratamento térmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Tabela 10 – Resultados do ensaio de tração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Tabela 11 – Resultados médios de rugosidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Tabela 12 – Valores de Potencial de Impacto Ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Tabela 13 – Valores de Potencial de Impacto Ambiental com TT Normalizado . . . . . . . . . 59
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas técnicas
ACV Avaliação de Ciclo de Vida
AICV Avaliação de Impacto de Ciclo de Vida
AM Additive Manufacturing
CAST Center for Advanced and Sustainable Technologies
CNC Comando Numérico Computadorizado
CO2PE! Cooperative Effort on Process Emissions
CP Corpo de Prova
ICV Inventário de Ciclo de Vida
IRP International Resource Panel
ISO International Organization for Standardization
LCA Life Cycle Assessment
LCI Life Cycle Inventory
LCIA Life Cycle Impact Assessment
L-FLP Laser - Fusão em Leito de Pó
L-PBF Laser Based Powder Bed Fusion
MA Manufatura Aditiva
MS Manufatura Subtrativa
ONU-WCED United Nations World Commission on Environment and Development
SAF Sustainable Aviation Fuel
SJBV São João da Boa Vista
SLM Selective Laser Melting
SM Subtractive Manufacturing
TCC Trabalho de Conclusão de Curso
TT Tratamento Térmico
UPLCI Unit Process Life Cycle Inventory
UNESP Universidade Estadual Paulista
UNICAMP Universidade Estadual de Campinas
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.1 Objetivo Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.2 Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1 AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA (ACV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 METODOLOGIA DA ACV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 METODOLOGIA UPLCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 SOFTWARES DE ACV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5 ACV EM PROCESSOS DE MANUFATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3 MATERIAIS E MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1 MATERIAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2 MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.1 Unidade Funcional e Fronteiras do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.2 Inventário de Ciclo de Vida (ICV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.3 Avaliação do Impacto de Ciclo de Vida (AICV) . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2.4 Interpretação da ACV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.1 RESULTADOS DO ESTUDO DE TEMPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2 RESULTADOS DO ESTUDO DE POTÊNCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.3 RESULTADOS DO ESTUDO DE MASSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.4 ICV CONSOLIDADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.5 RESULTADO DA AICV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.5.1 Análise do Escopo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.5.1.1 Resultados Microestruturais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.5.1.2 Ensaio de Tração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.5.1.3 Ensaio de Rugosidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.5.2 AICV E INTERPRETAÇÃO DA ACV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
APÊNDICE A – PLANILHA DE ESTUDO DE TEMPO E POTÊNCIA . . . 64
ANEXO A – LAUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA AMOSTRA FOR-
JADA UTILIZADA NA MANUFATURA SUBTRATIVA . . . . 65
ANEXO B – LAUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA AMOSTRA FA-
BRICADA POR MANUFATURA ADITIVA . . . . . . . . . . . 66
17
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO
O aço Maraging 300 permite ser tratado termicamente para obter uma excelente combinação
de dureza e resistência mecânica, fornecendo boas propriedades mecânicas (SSA-CORP., 2018).
Segundo CARTER (1969) e posteriormente mostrado por LIMA FILHO; BARROSA; ABREU
(2016), dependendo das condições de aplicação dos tratamentos térmicos do aço Maraging, é possível
obter grande variação de tenacidade sem grandes alterações de resistência mecânica, dureza ou
microestruturas cuja origem vem das mudanças na formação de fases intermetálicas durante os
tratamentos térmicos de envelhecimento e da complexidade relacionada aos elementos de liga. As
suas principais aplicações são em aeronaves, estruturas em geral e moldes metálicos e, portanto, alta
tenacidade e alta resistência mecânica deverão ser garantidas nas condições de uso. O aço Maraging
nasceu na necessidade de fornecer um material para a fabricação de envelopes motores para foguetes
de grande porte (HALL; CAMPBELL, 1964) (HALL; SLUNDER, 1968). Desde os anos 50 até
tempos recentes, sua fabricação é pesquisada e aprimorada, com melhoras no desenho da liga, fundição,
conformação, soldagem (KIM; LEE, 2018), usinagem (FORTUNATO et al., 2018), tratamentos
térmicos intercríticos e de envelhecimento (LI et al., 2015) e, propriedades mecânicas (ZHANG et
al., 2018). Porém, existe pouca informação sobre os impactos ambientais do processo de Manufatura
Subtrativa (MS) ou convencional de peças fabricadas com aços Maraging. Entretanto, os processos
convencionais de fabricação de peças e fases seguintes no ciclo de vida compreendem:
1. Produção da matéria prima: fundição da liga;
2. Transformação desta matéria bruta em produtos como chapas ou barras: forjamento, laminação,
corte dos perfis/chapas;
3. Manufatura Subtrativa (MS): usinagem das peças;
4. Finalização das peças (opcional): aplicação de tratamentos térmicos intercríticos e envelheci-
mento;
5. Montagem das peças no projeto mecânico;
6. Período de uso; e
7. Descarte e reciclagem.
Existe uma pressão sobre a indústria aeronáutica, estimulando este setor econômico a buscar inovações e
mudanças considerando a sustentabilidade ambiental como um objetivo estratégico para seus processos
de tomada de decisão (DALE, 2016) (IATA, 2021)(PIPPO, 2017). Neste sentido, a indústria aeronáutica
mundial se prepara para frentes de ação voltadas à combustíveis sustentáveis (IATA, 2018)(PIPPO,
2017)(WHITMORE, 2018), à materiais, produtos e manufatura sustentáveis (IATA, 2015)(KLOTZ,
2017), avaliação ambiental (IENVA, 2019), dentre outros focos.
18
O conceito de Desenvolvimento Sustentável é o "desenvolvimento que atenda às necessidades
do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de satisfazerem as suas próprias
necessidades", definido pela United Nations World Commission on Environment and Development
(ONU-WCED, 1987). Esse conceito aplicado à manufatura exibe a necessidade de políticas e projetos
que objetivem a redução dos impactos negativos causados pela geração de produtos. Considera-se então
o acompanhamento e avaliação dos produtos durante sua fabricação, utilização, descarte e, quando
possível, sua remanufatura, reciclagem ou outras estratégias de fim de vida do produto (FIRMINO,
2020).
Neste contexto, surgem ferramentas que possibilitam a comparação de produtos segundo seu
desempenho ou eficiência ambiental. Uma dessas ferramentas é a Life Cycle Assessment (LCA) ou
Avaliação de Ciclo de Vida (ACV), que é a principal técnica quantitativa para analisar a relevância
dos impactos ambientais associados a produtos, processos e sistemas produtivos, possibilitando aos
tomadores de decisão adotarem estratégias mitigadoras nos pontos que apresentarem piores resultados
(GARCIA, 2018). Apesar dos estudos sobre ACV começarem por volta da década de 60, ganhou força
apenas quando os recursos se tornaram mais escassos, segundo um estudo recente na International
Resource Panel (IRP), conduzido por OBERLE et al. (2019), a extração global anual de materiais
aumentou consideravelmente, chegando a triplicar entre os anos de 1970 e 2017, contudo esse aumento
que, em média foi de 3 % ao ano, começa a diminuir a partir dos anos 2000 e estabilizar a produção
de materiais. Apesar dos esforços para redução dos impactos ambientais negativos, projeta-se que
até 2060 o ritmo produtivo seja insustentável, devido ao acoplamento de crescimento econômico e
prejuízo ao meio ambiente (OBERLE et al., 2019).
Assim, este trabalho teve por objetivo compreender melhor onde estão os pontos focais do pro-
cesso de manufatura convencional para o aço Maraging e comparar, do ponto de vista dos impactos
ambientais, com o processo de manufatura aditiva afim de discutir qual processo seria melhor em cada
cenário.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral deste trabalho é avaliar os impactos ambientais, valendo-se da ACV, da produção
de uma peça usando o aço Maraging pelo processo de MS limitando-se ao sistema cradle-to-gate.
1.2.2 Objetivos Específicos
• Identificar os pontos focais ambientais e os fatores impactantes para este tipo de processo
produtivo.
• Comparar os resultados com os dados disponíveis sobre o processo de MA.
• Gerar cenários para a proposição de melhorias no desempenho ambiental deste produto.
19
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA (ACV)
A ACV é definida, de forma simples, como uma metodologia objetiva para avaliar os impactos
ambientais intrínsecos ao uso de um produto, serviço ou processo dentro de limites definidos (GARCIA,
2018). O termo “Ciclo de Vida” relaciona-se às fases da vida de um produto, desde seu berço, que inclui
a obtenção da matéria prima, seus processos de transformação, utilização, manutenção, disposição
final, e em alguns casos estratégias de fim de vida, tais como reciclagem, remanufatura entre outros
(QUEIROZ, 2011). Isto é, um instrumento científico qualitativo e quantitativo bem definido que
possibilita a comparação de dois ou mais produtos segundo uma norma ou unidade funcional.
Este tipo de estudo é relevante nas indústrias que possuem produção extensiva, como é o caso da
aeronáutica, na produção de aeronaves, satélites, drones e futuramente nas soluções de mobilidade
urbana através do espaço aéreo. Dessa maneira, empresas podem tomar decisões estratégicas e
adotarem processos com menor impacto ambiental. Recentemente as maiores empresas do setor como
a Boeing e, no Brasil, a Embraer (VINHOLES; CNN, 2021), publicaram suas metas para o futuro, as
quais têm como principal foco a redução da pegada ambiental de seus produtos, buscando alternativas
ao combustível convencional de aviação, através do SAF (Sustainable Aviation Fuel, ou combustível
de aviação sustentável) e futuramente hidrogênio, além disso, no caso da Embraer, retomar estudos de
aeronaves turbo-prop, para que voos curtos sejam mais eficientes (EMBRAER, 2021).
2.2 METODOLOGIA DA ACV
Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a ACV é uma técnica de avaliação
de aspectos ambientais e impactos potenciais que segue uma metodologia clara e objetiva (ABNT-
NBR-ISO-14040, 2001) (ABNT-NBR-ISO-14044, 2009), devendo conter:
• a compilação das entradas e saídas em um inventário com limites definidos;
• a avaliação dos impactos ambientais potenciais associados a essas entradas e saídas;
• a interpretação dos resultados das fases de análise de inventário e de avaliação de impactos em
relação aos objetivos dos estudos;
Para tanto, a norma NBR ISO 14044 estabelece os princípios e estrutura a serem utilizados para se
conduzir uma ACV. São elas:
1. Definição de objetivo e escopo
Nesta fase são definidos o escopo e o objetivo de forma clara e consistente com o estudo desejado.
Como a ACV pode ser um processo iterativo, essas definições podem sofrer alterações. Contudo
nessa etapa é fundamental que se tenha em mente o sistema de produto a ser estudado. Ou seja,
as fronteiras da análise, para que não se torne tão extensa ao ponto de não ser possível quantificar
20
as entradas e saídas de cada processo. Outro ponto importante é como os resultados poderão
ser comparados quanto a outros produtos, a escolha de uma unidade normalizada, ou “unidade
funcional”, é imprescindível e deve caracterizar o produto quanto a função e desempenho, com
propriedades plenamente mensuráveis.
A fronteira do sistema, ou da análise, delimita os processos compreendidos na ACV. Os critérios
para seleção de processos dentro dessa fronteira (chamados de processos elementares), devem
ser escolhidos de acordo com o nível de detalhamento da ACV, bem como justificada qualquer
exclusão dessa fronteira. Logo, torna-se interessante exemplificar o sistema de produto por
fluxogramas ou diagramas com os processos elementares e fluxos intermediários (entradas ou
saídas entre processos elementares).
Figura 1 – Fluxograma para o sistema de produto
fonte: Adaptado de LIU et al. (2020)
A Figura 1, mostra um sistema de produto da produção de aço e limita o sistema a produção
do lingote, ou seja, um sistema de produto do berço (da extração de minério de ferro que é o
primeiro fluxo elementar - que ultrapassa a fronteira do sistema) até a fabricação do lingote de
aço, passando por diversos processos. Esse sistema pode ser considerado como cradle-to-gate,
não considera as fases à frente do ciclo de vida do produto. Dessa maneira, fluxogramas como
este ajudam a perceber o que o estudo compreende ou não, neste caso as fases de uso, descarte,
estratégias de fim de vida ou quaisquer outros processos não são considerados.
2. Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida e tipos de impactos
Uma vez definido o escopo, deve-se determinar as categorias de impacto, modelos de caracteriza-
ção e indicadores que serão incluídos no estudo de ACV (demanda bioquímica de oxigênio, teor
total de halogênios, emissões de CO2, entre outros). Necessita-se dessa etapa para selecionar os
21
dados que serão coletados e o grau de importância de cada um. O escopo tem influência direta
neste momento, a coleta dos dados pode ser da literatura, estimados, obtidos de maneira empírica
ou, da melhor forma, ser uma mistura dos anteriores, prevenindo erros genéricos (calibração
de equipamento, falha de equipamento, dados viciados da literatura, erros na coleta etc.) e
possivelmente aumentando as amostras. Para tanto, a norma NBR ISO 14044 estabelece alguns
requisitos:
a) a cobertura temporal: idade dos dados e período mínimo de tempo durante
o qual os dados deveriam ser coletados;
b) a cobertura geográfica: área geográfica a partir da qual deveriam ser
coletados dados para processos elementares de modo a satisfazer o objetivo
do estudo;
c) a cobertura tecnológica: tecnologia específica ou conjunto de tecnologias;
d) a precisão: medida da variabilidade dos valores de dados para cada dado
expresso (por exemplo, variância);
e) a completeza: porcentagem dos fluxos que é medida ou estimada;
f) a representatividade: avaliação qualitativa do grau em que o conjunto de
dados reflete a verdadeira população de interesse (por exemplo, cobertura
geográfica, período de tempo e cobertura tecnológica);
g) a consistência: avaliação qualitativa quanto à aplicação uniforme da meto-
dologia do estudo aos diversos componentes da análise;
h) a reprodutibilidade: avaliação qualitativa do grau em que as informações
sobre a metodologia e os valores dos dados permitiriam a um executante
independente reproduzir os resultados relatados no estudo;
i) as fontes dos dados;
j) a incerteza da informação (por exemplo dados, modelos e pressupostos).
Qualquer dado, que respeite a norma, seja ele um valor calculado com base nos valores de proces-
sos similares, um valor zero ou não-zero adotado, deve ser justificado a fim de comparabilidade
e repetibilidade. Convém que os dados sejam caracterizados por aspectos qualitativos e não
apenas quantitativos, assim como sejam utilizadas métricas de massa, energia ou significância
ambiental.
Pela ACV ter característica iterativa, este é uma fase que deve correr em paralelo a construção
do Inventário de Ciclo de Vida (ICV), explicada mais a frente, e através da AICV deve-se decidir
se o estudo está caminhando de maneira coerente com os objetivos propostos, correlacionando
os resultados do ICV às categorias de impacto selecionadas. Esta análise se torna importante
principalmente quando alguns dados que não podem ser calculados como energia ou massa, por
exemplo uso de terra (medida de área). Este estará relacionado a uma categoria de impacto,
contudo pode ter valor diferente para cada categoria de impacto (recomenda-se a utilização de
22
unidades reconhecidas internacionalmente, como o escopo é sensível ao método de coleta, é
indicado utilizar consensos afim de manter a comparabilidade das ACVs).
Figura 2 – Exemplo de estudo de AICV
fonte: ABNT-NBR-ISO-14044 (2009)
A Figura 2 exemplifica o estudo da AICV, relaciona os itens do ICV com as categorias de
impacto e define onde esse impacto ocorrerá (Pontos finais das categorias). Nesse ponto cabe
selecionar se o dado é relevante ao estudo, ponderando o processo que ele está presente.
3. Inventário do Ciclo de Vida (ICV)
No ICV são armazenados os dados coletados, estimados ou trazidos da literatura para a ACV,
são esses os dados utilizados para quantificar as entradas e saídas de um processo elementar.
Junto desses dados, cada processo elementar deve possuir uma descrição para que não se calcule
um mesmo dado mais de uma vez, muitas vezes há fluxos que são apenas "transportados"pelo
processo, sem alteração de sua quantidade.
Nesta etapa são separados os blocos do fluxograma e, para cada processo elementar, quantificam-
se as entradas e saídas como fluxos intermediários ou elementares com as condições as quais são
submetidos.
A Figura 3 mostra o fluxograma da construção de um ICV genérico, este processo ocorre em
paralelo com a AICV para validação e verificação dos dados. É importante lembrar que a folha de
coleta de dados (uma tabela separada em entradas e saídas para cada processo) deve representar
todas as etapas do processo, sempre que possível. Assim terá maior fidelidade ao processo real,
listando todos os recursos que são consumidos.
A natureza iterativa desta etapa permite alterar a sensibilidade da ACV. A cada iteração do
ICV é possível refinar as fronteiras do sistema, alterando o escopo mantendo o objetivo e as
categorias de impacto pretendidas, resultando em ACVs mais completas. Contudo, completude
23
Figura 3 – Fluxograma da construção do ICV
fonte: ABNT-NBR-ISO-14044 (2009)
e comparabilidade devem caminhar juntas, é recomendado pela ABNT que esses processos,
embora refinados, não devem ser subdivididos pois a divisão pode não ser possível em outras
ACVs (estes blocos são chamados de Caixas Pretas ou Black-Box). Logo, um dos objetivos
dessa técnica é formar uma base de dados para tomada de decisão por meios comparativos e
esta característica não pode ser prejudicada. Caso a subdivisão não possa ser evitada convém
documentar o motivo e as relações físicas entre cada entrada e saída, para que em outros estudos
seja possível alterar ou cortar algum dado de acordo com a unidade funcional ou estudo de
AICV.
4. Interpreção e Avaliação do Ciclo de Vida
Ao final das etapas anteriores há necessidade da avaliação dos resultado obtidos, dos critérios
adotados e verificar se os objetivos foram atingidos de maneira adequada. A interpretação dos
resultados envolve o processo iterativo de revisar o escopo da ACV e a qualidade dos dados
24
coletados (GARCIA, 2018).
Figura 4 – Relação entre fases da ACV
fonte: ABNT-NBR-ISO-14040 (2001)
A Figura 4 exibe as relações entre etapas da ACV, logo a fase de interpretação garante que
todas as anteriores estejam corretas, caso contrário apresentará inconsistências e será necessário
verificar novamente a completeza, a sensibilidade e a consistência do modelo adotado.
O objetivo desta etapa é chegar a conclusões, identificar limitações e pontos chave no sistema de
produto (tais como emissões e efluentes), além de fazer recomendações de melhoria, refletindo
uma consequência lógica.
2.3 METODOLOGIA UPLCI
A metodologia Unit Process Life Cycle Inventory (UPLCI), ou em português, Inventário de Ciclo
de Vida de Unidade de Processamento foi criada com o intuito de documentar e analisar o impacto
ambiental causado por processos de manufatura, complementando a metodologia tradicional da ACV.
Nela, KELLENS et al. (2012) propuseram diretrizes para construção de ICVs em dois níveis de
profundidade. A fase da construção do ICV é a mais suscetível a erros e gera restrições que envolvem
a qualidade dos dados, consequentemente o escopo, e acaba por exigir mais tempo e esforço para sua
construção.
A proposta em dois níveis objetiva fornecer "uma estrutura que permite a coleta de dados es-
tratificados tanto por nível de subunidade do equipamento/processo quanto pelos seus modos de
uso, permitindo a criação de inventários mais detalhados, precisos e completos de forma individual
25
para cada subunidade do processo"(FIRMINO, 2020). São elas, a mais teórica screening e a mais
prática in-depth. Essas abordagens se diferenciam na origem dos dados que serão utilizados no ICV,
conforme KELLENS et al. (2012) e FILLETI (2015), a abordagem screening utiliza de dados públicos
disponíveis na literatura, como manuais e cálculos teóricos de engenharia, contudo essa metodolo-
gia tem uma dependência muito grande da qualidade dos dados fornecidos nessas literaturas. Já a
abordagem in-depth consiste na utilização de dados empíricos, medidos in loco com sensores e outros
equipamentos de monitoramento.
Figura 5 – Visão geral da metodologia UPLCI pelo modelo CO2PE!
fonte: FIRMINO (2020)
A Figura 5 demonstra como a metodologia UPLCI é aplicada. Deve-se então escolher qual método
será utilizado para construir o inventário de ciclo de vida, podendo ser a abordagem screening, in-depth
ou uma combinação das duas. Logo, esta metodologia apresenta padrões a serem adotados pelos
estudos de ACVs e, de forma simples, expande o potencial de completeza do inventário, uma vez que
permite criar subdivisões dos processos sem prejuízo da comparabilidade.
2.4 SOFTWARES DE ACV
Foi disponibilizado por SILVA; MANSONI (2016) uma análise dos principais bancos de dados
para ACV, citando suas particularidades e principais datasets. O estudo compreende bancos de dados,
juntamente com o software que poderá ser utilizado, de vários países, mostrados no Quadro 1.
26
Quadro 1 – Principais bancos de dados para ACV
País de origem Nome
Alemanha
Ökobau.dat database
GaBi database
Austrália AusLCI – The Australian Life Cycle Inventory Database Initiative
Brasil SICV Brasil - Sistema de Inventário do Ciclo de Vida do Brasil
Canadá
CRMD – Canadian Raw Materials Database
LCI BD-Quebec – CIRAIG Quebec LCI database
China CLCD - Chinese Life Cycle Database
Dinamarca LCA Food
Estados Unidos USLCI - U.S. Life Cycle Inventory Database
Holanda IVAM LCA Data
Itália Italian National Life Cycle inventory Database
Japão IDEA - Inventory Database for Environmental Analysis
Malásia MY-LCID - The Malaysia Life Cycle Inventory Database
Tailândia ThaiLCI DB - Thai National Life-Cycle Database
União Europeia ELCD - European Reference Life-Cycle Database
Suécia CPM LCA Database
Suíça Ecoinvent - Swiss Centre for Life Cycle Inventories
Sul da Europa LCADB.sudoe
fonte: Adaptado de SILVA; MANSONI (2016) e GARCIA (2018)
De acordo com FIRMINO (2020), a utilização de bancos de dados como esses reduz conside-
ravelmente o tempo consumido na coleta e tratamento de dados, uma vez que para complementar
esses datasets os estudos de ACV devem passar por criteriosas e minuciosas revisões, atestando sua
confiabilidade. Ainda sobre os bancos de dados analisados por SILVA; MANSONI (2016), o principal
modelo adotado refere-se as bases de acesso gratuito, subsidiadas por entidades governamentais que
realizam o gerenciamento. Contudo, também destaca que boas bases de dados como Ecoinvent e GaBi
são pagas, são bases atreladas a licenças de softwares.
Ambas práticas podem ser encaradas como benéficas ao cenário pois as bases de acesso gratuito, na
maioria dos casos, dependem da doação de dados por empresas ou pesquisadores dispostos a contribuir,
já no segundo caso, de bases restritas, é de interesse da desenvolvedora do software que a base se
expanda, buscando escalar a quantidade de usuários e consequentemente pesquisadores contribuintes.
No Quadro 2 estão listados os principais softwares de ACV, destacam-se pelo uso SimaPro, GaBi,
Umberto e OpenLCA. Porém, conforme FIRMINO (2020), o único que possui implementada uma
base de dados para o fornecimento de datasets sobre manufatura de produtos/materiais, envolvendo
processos de MS é o GaBi, através da base intitulada manufacturing processes. Contudo nenhum
dataset até o ano de 2020 apresentava ter sido construído com a metodologia UPLCI.
Apesar dos softwares modernos fornecerem cálculos robustos e serem direcionados a minimizar
o erro do usuário, é importante a compreensão do método de análise para determinar a qualidade e
confiabilidade dos estudos, ou seja, métodos que possuem melhor aderência a cada tipo de estudo.
Métodos midpoint são definidos em pontos intermediários, orientados ao problema (acidificação,
potencial de toxicidade humana etc.), métodos endpoint são definidos em pontos finais, orientados ao
dano (perda de biodiversidade causada por algum fator, algum dano à saúde humana etc.) (QUEIROZ,
27
Quadro 2 – Principais softwares para ACV
Nome do software Tipo de acesso
BEES Gratuito
CMLCA Restrito
eiolca.net Gratuito
EMIS Restrito
GaBi Restrito
GREET Gratuito
OpenLCA Gratuito
Regis Restrito
SimaPro Restrito
TEAM Restrito
Umberto Restrito
fonte: Adaptado de GARCIA (2018)
2011) (GARCIA, 2018). Alguns desses métodos foram listados por GARCIA (2018) no Quadro 3.
Quadro 3 – Principais métodos de AICV
Nome do método midpoint/endpoint
CED midpoint
CML-IA midpoint
Ecological Scarcity 2013 endpoint
EDIP 2003 midpoint
ILCD 2011 midpoint
Impact 2002+ midpoint e endpoint
IPCC 2013 midpoint
ReCiPe midpoint e endpoint
TRACI endpoint
USETox midpoint
fonte: Adaptado de GARCIA (2018)
2.5 ACV EM PROCESSOS DE MANUFATURA
Como proposto pelos trabalhos de FIRMINO (2020) e GARCIA (2018), a análise da recorrência
do tema se deu pela busca de palavras-chave numa base de dados e, a base escolhida foi a Scopus. As
palavras-chave escolhidas foram combinações de LCA (Life Cycle Assessment, termo em inglês para
ACV) somado ao operador booleano AND e palavras costumeiras em trabalhos sobre manufatura e
materiais metálicos. Também foram escritas em inglês por existirem mais artigos neste idioma, são
elas:
• Machining, em português Usinagem
• Additive Manufacturing, em português Manufatura Aditiva
• Manufacturing, em português Manufatura
• Metal, em português Metal
28
• Steel, em português Aço
A Figura 6 mostra o resultado da pesquisa, que teve por objetivo verificar e evidenciar o início
desses estudos, citado em seções anteriores. Nota-se também que, embora mais trabalhos estejam
sendo desenvolvidos, pouco se tem a respeito de ACVs em processos de usinagem e manufatura aditiva,
sendo que tais estudos trazem grande conhecimento para os processos de manufatura que podem vir a
ser utilizados em projetos futuros, afim de reduzir desperdício e impactos ambientais.
Figura 6 – Quantidade de publicações por palavras-chave
fonte: Produção do próprio autor.
Apesar deste resultado estar relacionado aos termos citados, fornece uma boa estimativa do aumento
de trabalhos. Segundo QUEIROZ (2011) podem haver mais trabalhos, e mais antigos, utilizando
metodologias parecidas com outros termos (energy analysis, resource analysis, environmental profile
analysis etc.), mas afirma que o aumento se deu pelas discussões levantadas após a primeira crise
do petróleo, ou seja, quando um dos recursos mais utilizados até então ficou escasso. Tais estudos
foram, e são, muito importantes para desmentir falsas percepções, como é dito pelo Dr. José Vicente
Rodrigues Ferreira em seu trabalho intitulado "Análise de Ciclo de Vida dos Produtos".
29
Um dos primeiros estudos quantificando as necessidades de recursos, emissões
e resíduos originados por diferentes embalagens de bebidas foi conduzido pelo
"Midwest Research Institute"(MRI) para a Companhia Coca-Cola em 1969. Este
estudo nunca foi publicado devido ao carácter confidencial do seu conteúdo,
sendo no entanto utilizado pela companhia, no início dos anos setenta como um
"input"nas suas decisões sobre embalagens. Um dos resultados interessantes do
trabalho da Coca-Cola foi demonstrar que as garrafas de plástico não eram piores,
do ponto de vista ambiental, do que as de vidro. Anteriormente, os plásticos
tinham a reputação de um produto indesejável em termos ambientais, tendo o
estudo REPA demonstrado, que esta reputação era baseada em más interpretações
(FERREIRA, 2004)
30
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 MATERIAIS
Nesta seção são descritos os equipamentos e outros insumos utilizados para modelagem do ICV
com o sistema de produto cradle-to-gate, utilizando a metodologia UPLCI e, objetivando estudar e
propor melhorarias ao desempenho ambiental desses processos.
Como a metodologia determina, é necessário realizar estudos de potência, tempo e massa para
cada processo individualmente. Portanto foram listados nas tabelas abaixo, Tabela 1 e Tabela 2, os
equipamentos utilizados tanto para realizar a transformação da matéria quanto para medição das
entradas e saídas.
Tabela 1 – Equipamentos utilizados para transformar o material
Tipo Modelo Processo
Centro de Usiganem Leadwell MCV-1000BP Manufatura Subtrativa
Forno (Figura 7) Jung LF07013 Tratamento Térmico
Forno (Figura 8) EDG FC - I 6600W Tratamento Térmico
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 7 – Forno Jung LF07013 - UNESP SJBV
(a) Forno Jung LF07013 (b) Dados técnicos do forno Jung
fonte: Produção do próprio autor.
Tabela 2 – Equipamentos utilizados para medições e estimativas
Tipo Modelo Processo
Sistema de coleta de energia Fluke 1735 Manufatura Subtrativa
Cálculo de massa SMath Studio Manufatura Subtrativa
Amperímetro (Figura 9) Minipa ET-3200A Tratamento Térmico
fonte: Produção do Próprio Autor.
31
Figura 8 – Forno EDG FC-I 6600W - UNICAMP
(a) Forno EDG FC-I (b) Dados técnicos do forno EDG
fonte: Produção do próprio autor.
Além desses equipamentos foi utilizada uma amostra de Aço Maraging 18%Ni 300, Figura 10,
cedida pelo Prof. Dr. Julian Ávila Diaz.
Essas amostras foram fatiadas pelo Prof. Dr. Julian e os dados não foram considerados neste estudo.
Por serem amostras obtidas sem a coleta de dados de etapas anteriores ao estado que se encontravam,
foi adotado primeiramente um padrão ao qual o material deveria se adequar e posteriormente o estudo
do ICV seria feito de forma empírica, sendo as fases anteriores preenchidas utilizando dados da
literatura, se aproximando da metodologia Screening proposta por (KELLENS et al., 2012).
3.2 MÉTODOS
3.2.1 Unidade Funcional e Fronteiras do Sistema
Em concordância com ABNT-NBR-ISO-14044 (2009), a escolha da unidade funcional é parte
da fase de definição de escopo e objetiva escolher uma medida de desempenho para última saída do
sistema, ou seja, o produto que será estudado. Essa medida também define o fluxo de referência,
que tem por função definir a quantidade de produtos necessários para cumprir a unidade funcional
do sistema. De maneira prática a unidade funcional normaliza as entradas e saídas dos processos
elementares para uma saída bem definida.
Dessa forma, a unidade funcional adotada foi um corpo de prova de Aço Maraging 18%Ni 300
tratado por envelhecimento a 480ºC por três horas com resistência mecânica de 2200 MPa (Figura 11).
Com esta unidade funcional nota-se as particularidades do sistema a ser analisado e torna mais fácil a
32
Figura 9 – Alicate Amperímetro Minipa ET-3200A
fonte: Produção do próprio autor.
comparação com outros estudos de ACV de metais que cumpram o critério de desempenho de resistir
a 2200 MPa.
As fronteiras do sistema indicam onde o estudo começa e termina. Na Figura 12 estão indicadas
as fronteiras do sistema quanto ao ciclo de vida do produto, e demonstra as fronteiras estabelecidas
quando o sistema é do tipo cradle-to-gate, da extração da matéria prima até a produção do produto
para ser utilizado.
Na Figura 13 estão demonstradas as relações entre as subunidades do sistema destacado na
Figura 12. Nesta imagem é exibido o fluxograma dos processos necessários para obter um produto de
acordo com a unidade funcional e não exemplifica as entradas e saídas de cada processo que serão
expostas em seções a frente.
33
Figura 10 – Amostra de Aço Maraging 18%Ni 300
(a) Amostra bruta (b) Amostra fatiada
fonte: Produção do próprio autor.
Figura 11 – Desenho do corpo de prova
fonte: Produção do próprio autor.
3.2.2 Inventário de Ciclo de Vida (ICV)
Nesta etapa seria ideal a abordagem in-depth porém foi adotada uma metodologia mista por conta
do material escolhido ser de uso militar e da dificuldade de parcerias com empresas fornecedoras deste
produto. Para as etapas iniciais (Mineração, Obtenção do tarugo e Laminação) buscou-se dados na
literatura afim de obter aproximações e cálculos de engenharia para potência consumida na extração e
fundição dos metais associados. Para descobrir a liga exata da amostra obtida, a amostra foi enviada ao
laboratório TORK Controle Tecnológico de Materiais LTDA que fez um laudo da composição química
do aço (ANEXO A), Tabela 3.
Os dados da extração (mineração) desses materiais estão presentes nos datasets disponíveis em
algumas bases de dados de ACV. A próxima etapa, de remoção de material, já é com a amostra na
geometria adequada ao padrão, ou blank, a partir do qual iniciaremos o estudo empírico.
As medições de energia e massa do processo de usinagem foram contabilizadas através do cola-
34
Figura 12 – Fronteiras do sistema
fonte: Produção do próprio autor.
Figura 13 – Relações entras as subunidades do sistema
fonte: Produção do próprio autor.
Tabela 3 – Composição química da amostra (%)
Elemento Símbolo %
Carbono C 0,011
Silício Si 0,05
Manganês Mn 0,03
Fósforo P 0,005
Enxofre S <0,001
Cromo Cr 0,03
Níquel Ni 18,53
Molibdênio Mo 4,50
Alumínio Al 0,10
Titânio Ti 0,81
Nitrogênio N 0,021
Cobalto Co 9,58
Ferro Fe Restante
fonte: Adaptado do laudo do Laboratório Tork - Anexo A.
borador Eng. MSc. Alessandro Silveira Firmino que atua no laboratório do Centro Tecnológico da
Marinha - CINA. O inventário coletado está presente em seções a frente, contudo o procedimento é
detalhado abaixo.
1. Esquadrejar blank nas dimensões finais de 15x60 mm.
a) Esta etapa deve ser feita retirando material de modo que o centro seja preservado, afim de
utilizar uma parte com menos defeitos de fabricação e garantir as propriedades mecânicas.
35
2. Usinar perfil do corpo de prova.
3. Facear cada lado do corpo de prova para acabamento.
Durante esse procedimento devem ser coletados dados de consumo energético do centro de
usinagem, consumo de insumos (fluido de corte) e material removido (cavaco). Não será considerado o
desgaste da ferramenta neste estudo por conta da amostra ser pequena e não fornecer dados suficientes
para a média do desgaste ser confiável.
A próxima, e última, etapa é a de tratamento térmico, na qual são levantados os processos do forno:
1. Aquecer o forno.
2. Estabilizar a temperatura.
3. Realizar tratamento térmico.
Essas fases do forno são levantadas com equipamentos que contabilizam a potência instantânea
consumida, ou de forma aproximada, utilizando amperímetro e calculando a potência através da
tensão nominal do equipamento. Neste estudo foi realizado o segundo procedimento, utilizando o
amperímetro citado na Tabela 2, a Figura 14 exemplifica a curva esperada para o consumo do forno.
Vale ressaltar que fornos deste tipo possuem volumes e consumo variados, se considerar processos
de tratamentos térmicos de escala industrial existe uma variação muito grande em relação aos fornos
utilizados neste estudo, contudo existe dificuldade em levantar dados assim por conta de empresas que
trabalham com este aço estarem adequadas a políticas rigorosas quanto as informações.
Figura 14 – Curva de consumo de potência do forno Jung
fonte: Produção do próprio autor.
36
3.2.3 Avaliação do Impacto de Ciclo de Vida (AICV)
Esta é uma etapa iterativa em conjunto a construção do ICV. Para realizar a AICV, na qual o sistema
de produto é avaliado do ponto de vista ambiental, através de algum dos métodos descritos em seções
anteriores, foi utilizado o software GaBi Education 9.1.0.53 e a base de dados Education database
2019.
Este software foi escolhido por conta da sua base de dados que conta com dados sobre manufatura
e pela familiaridade do grupo de estudos Center for Advanced and Sustainable Technologies (CAST)
com o programa, sob orientação dos Prof. Dr. José Augusto de Oliveira e Prof. Dr. Ivan Aritz Aldaya
Garde.
O GaBi, na sua versão estudantil, fornece alguns métodos de AICV, mostrados no Quarto Quadro 4.
Quadro 4 – Métodos de AICV disponíveis no Gabi Estudantil
Nome do método midpoint/endpoint
CML 2001 - Jan 2016 midpoint
ReCiPe 2016 Midpoint (H) v1.1 midpoint
TRACI 2.1 endpoint
Environmental Footprint 2.0 midpoint e endpoint
fonte: Produção do próprio autor.
O método escolhido foi o método ReCiPe 2016 Midpoint (H) v1.1, que é um dos métodos mais
adotados na literatura e as categorias de impacto são adequadas ao processo que é o objeto de estudo.
As categorias de impacto avaliadas são:
• Potencial de Mudança Climática [kg CO2 eq.]
• Potencial de Material Particulado [kg PM2.5 eq.]
• Potencial de Depleção Fóssil [kg oil eq.]
• Potencial de Consumo de Água Doce [m3]
• Potencial de Ecotoxicidade de Água Doce [kg 1,4-DB eq.]
• Potencial de Eutrofização de Água Doce [kg P eq.]
• Potencial de Toxicidade Humana, cancerígena [kg 1,4-DB eq.]
• Potencial de Toxicidade Humana, non-cancerígena [kg 1,4-DB eq.]
• Potencial de Radiação Ionizante [Bq. C-60 eq. to air]
• Potencial de Ecotoxidade Marinha [kg 1,4-DB eq.]
• Potencial de Eutrofização Marinha [kg N eq.]
• Potencial de Depleção de Metal [kg Cu eq.]
• Potencial de Acidificação do Solo [kg SO2 eq.]
• Potencial de Ecotoxidade Terrestre [kg 1,4-DB eq.]
37
3.2.4 Interpretação da ACV
Por fim, os resultados foram analisados buscando identificar os processos e fluxos de maior
potencial de impacto no sistema de produto. Analisou-se também os motivos dos mesmos serem
os hotspots ambientais e propor melhorias tanto ao processo quanto a estudos futuros, citando as
dificuldades da coleta e confiabilidade de dados utilizados em estudos de Avaliação de Ciclo de Vida.
Destaca-se que parte deste trabalho foi desenvolvida concomitantemente ao projeto de iniciação
científica do Gabrial Prizimich de Almeida Gamero Vico, aluno de graduação em engenharia aeronáu-
tica pela UNESP - Campus São João da Boa Vista, no qual foi realizada a ACV da mesma unidade
funcional, contanto, para o Método de Manufatura aditiva (MA) e conta com resultados que serão
utilizados para comparação (VICO; DIAZ; OLIVEIRA, 2021).
38
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesta seção serão apresentados os resultados oriundos da metodologia apresentada que considera o
sistema de produto do tipo berço-ao-portão (cradle-to-gate), Figura 15.
Figura 15 – Sistema de produto avaliado
fonte: Produção do próprio autor.
4.1 RESULTADOS DO ESTUDO DE TEMPO
Após a secção do processo todo em sub-operações, foram cronometradas as etapas fora da caixa
preta da fabricação do lingote de aço, já que para esse bloco foram utilizados dados da literatura.
As cronometragens dos processos de MS e acabamento superficial foram realizadas no CINA pelo
colaborador Eng. MSc. Alessandro Silveira Firmino e foram monitorados os tempos de usinagem de
4 amostras do aço forjado.
Nesta etapa, por conta do equipamento utilizado, houveram fases que as amostras foram usinadas
em conjunto e fases que foram usinadas individualmente e foi considerado para a análise a média
de tempo por peça usinada, de acordo com a unidade funcional. Vale ressaltar que entre as etapas o
maquinário não foi desligado, permanecendo em idle enquanto as peças eram trocadas de posição ou
outro programa CNC era carregado, logo, consumindo energia elétrica e portanto este tempo também
foi considerado, Tabela 4. As medições detalhadas encontram-se no APÊNDICE A.
Para os tempos de tratamento térmico foram utilizados os dados do forno da UNICAMP, uma vez
que são resultados mais recentes para o projeto.
Nota-se que apenas 763,25 segundos foram de remoção de material, e o produto é transformado
em apenas 39% do tempo de MS e acabamento superficial (Ver APÊNDICE A).
39
Tabela 4 – Estudo de Tempo das Etapas - Normalizado por número de amostras
Etapa Processo Tempo médio [s]
Esquadrejar blank Manufatura Subtrativa 836,75
Usinar Corpo de Prova Manufatura Subtrativa 812,5
Usinar Faces do Corpo de Prova Acabamento Superficial 317,25
Aquecimento do forno Tratamento Térmico 1560
Envelhecimento Tratamento Térmico 10800 (ou 3h)
fonte: Produção do Próprio Autor.
4.2 RESULTADOS DO ESTUDO DE POTÊNCIA
Em paralelo ao estudo de tempo foram coletados dados potência e consumo de eletricidade, os
resultados estão na Tabelas 5 e 6. As medições foram realizadas utilizando os equipamentos da Tabela
2 e também são apresentadas de forma gráfica, Figura 16 e Figura 17.
Tabela 5 – Estudo de Potência das Etapas
Etapa Potência média [kVA]
Esquadrejar blank - Usinagem 7,645
Esquadrejar blank - Idle 5,083
Usinar Corpo de Prova - Usinagem 7,649
Usinar Corpo de Prova - Idle 5,077
Usinar Faces do Corpo de Prova - Usinagem 7,649
Usinar Faces do Corpo de Prova - Idle 5,078
Aquecimento do forno 6,288
Envelhecimento 1,865
fonte: Produção do Próprio Autor.
Tabela 6 – Consumo de Eletricidade das Etapas - Normalizado por número de amostras
Etapa Consumo médio [kVAh]
Esquadrejar blank - Usinagem 0,638
Esquadrejar blank - Idle 0,757
Usinar Corpo de Prova - Usinagem 0,734
Usinar Corpo de Prova - Idle 0,729
Usinar Faces do Corpo de Prova - Usinagem 0,250
Usinar Faces do Corpo de Prova - Idle 0,360
Aquecimento do forno 2,725
Envelhecimento 5,904
fonte: Produção do Próprio Autor.
Na Tabelas 5 e 6 os processo que sofrem de variação pelo número de peças foram normalizados
pelo número de amostras, para o tratamento térmico a fase de aquecimento independe do número de
amostras, apenas do volume do forno utilizado. No caso do envelhecimento, a variação no consumo é
mínima para uma quantidade pequena de peças e foi desprezada.
A Figura 16 mostra ciclos bem definidos do processo e nota-se a diferença de tempo das etapas
envolvidas para esquadrejar o blank (com 4 amostras simultâneas) para a usinagem do perfil corpo de
prova e acabamento superficial. Apesar dos ciclos de esquadrejamento tomarem mais tempo ocorrem
menos ciclos e, por fim, acabam sendo etapas equivalentes.
40
Figura 16 – Consumo Elétrico - Centro de Usinagem
fonte: Produção do próprio autor.
Figura 17 – Curvas de Consumo Elétrico - Forno da UNICAMP
(a) Rampa de aquecimento (b) Tratamento por Envelhecimento
fonte: Produção do próprio autor.
Na Figura 17 há um decaimento logarítmico nas duas etapas, no caso da 17a se dá pelo controlador
do forno, sinal que está controlando a temperatura interna para evitar overshoot. Na 17b se dá,
principalmente, pela perda de calor com a abertura da porta para inserir as amostras. O controle de
temperatura acaba fornecendo mais energia as resistências para recuperar o calor perdido, consumindo
mais energia.
4.3 RESULTADOS DO ESTUDO DE MASSA
O estudo de massa foi realizado em paralelo aos outros e monitorou principalmente o fluxo de
matéria prima e fluido de corte. Estes foram medidos no CINA, in loco pelo Eng. MSc. Alessandro
Silveira Firmino , colaborador deste trabalho e contribuiu com sua experiência em ACV envolvendo
processos de manufatura subtrativa. Ambos parâmetros foram calculados pela diferença de volume, do
início ao fim do processo. No caso da matéria prima, como o desgaste de ferramenta não foi rastreado,
assume-se que o volume de resíduo (ou cavaco) é exatamente o material removido da peça inicial e,
41
para o fluido de corte, foi calculada a diferença volumétrica pela quantidade reposta no maquinário
após cada ciclo, assumindo que esse volume é exatamente o volume de fluido de corte sujo descartado.
Nesses processos foram contabilizados os dados desde o esquadrejamento do blank, onde para um
corpo de prova nas dimensões propostas e blank de 63,92g a massa de matéria prima foi consumida
em média 84% e 312 mililitros de fluido de corte. Como o fluido de corte utilizado foi o QUIMATIC 1,
é possível traduzir este volume em massa, que será mais utilizado para construção do ICV e utilizado
no software em kg.
4.4 ICV CONSOLIDADO
O Inventário do Ciclo de Vida, rastreando os fluxos previamente citado, está consolidado na Tabelas
7, 8 e 9.
Tabela 7 – ICV - Fabricação da liga de aço
Entradas Saídas
Material Unidade Quantidade Material Unidade Quantidade
Alumínio kg 6,39E-05 Lingote kg 6,39E-02
Cromo kg 1,92E-05
Cobalto kg 6,12E-03
Eletricidade MJ 6,39E-04
Enxofre kg 6,39E-07
Ferro kg 4,24E-02
Fósforo kg 3,20E-06
Manganês kg 1,92E-05
Molibdênio kg 2,88E-03
Níquel kg 1,18E-02
Nitrogênio kg 1,34E-05
Silício kg 3,20E-05
Titânio kg 5,18E-04
fonte: Produção do Próprio Autor.
Tabela 8 – ICV - Processos de remoção de material (MS e Acabamento Superficial)
Entradas Saídas
Material Unidade Quantidade Material Unidade Quantidade
Lingote kg 6,39E-02 Corpo de Prova kg 1,02E-02
Eletricidade MJ 1,25E+01
Fluido de Corte (QUIMATIC 1) kg 3,57E-01
fonte: Produção do Próprio Autor.
Tabela 9 – ICV - Tratamento térmico
Entradas Saídas
Material Unidade Quantidade Material Unidade Quantidade
Corpo de Prova kg 1,02E-02 CP Tratado Termicamente kg 1,02E-02
Eletricidade MJ 2,61E+02
fonte: Produção do Próprio Autor.
42
4.5 RESULTADO DA AICV
4.5.1 Análise do Escopo
A análise de escopo se dá de forma que o ICV construído seja válido. Para isso a unidade funcional
proposta inicialmente deve ser válida e como, neste trabalho, a unidade funcional é uma amostra que
deve suportar um esforço mecânico e não um produto ao qual sua função é garantida por um processo
bem estabelecido, são necessários ensaios mecânicos e a garantia de que o objetivo foi atingido.
4.5.1.1 Resultados Microestruturais
As informações desta seção são compartilhadas com o trabalho de iniciação científica do aluno
Felipe Teodoro Mendes e Prof. Dr. Julian Arnaldo Avila Diaz (AVILA et al., 2020), cujos resultados
parciais foram publicados no I Congresso Brasileiro de Manufatura Aditiva e os resultados partem
de uma amostra que provêm do mesmo tarugo utilizado nesta ACV. Tais resultados são relevantes
para este estudo pois permitem a comparação microestrutural de um mesmo produto fabricado por
dois métodos antagônicos (deposição e remoção de material), portanto é descrita também, com intuito
comparativo (verificar a equivalência do produto final) e fornecer uma alternativa ao processo avaliado.
Os tratamentos térmicos de envelhecimento foram realizados com uma temperatura de 480°C em
diferentes tempos, 1h, 3h, 6h e 9h para determinar a condição que fornecia o maior ganho de resistência
mecânica por meio de medidas de dureza. O microscópio ótico utilizado para aquisição das imagens
de microestrutura foi um ZEISS Axio Vert. A1. Para aquisição das durezas dos materiais foi utilizado
um microdurômetro Vickers Shimadzu HMV-2.
Na Figura 18 se apresenta a matriz martensítica do aço 18%Ni maraging 300 como recebido do
forjamento (da maneira que é utilizado neste trabalho) e como fabricado por manufatura aditiva. A
diferença entre os dois materiais em termos microestruturais é evidente, pois o forjado apresenta
pacotes de martensita pequenos (≈ 30 µm) com formato bem definido e equiaxiais, mas o material
processado por manufatura aditiva apresenta as poças de fusão da ordem de ≈ 150 µm de largura por
≈ 50 µm de altura, em que cada poça se assemelha às poças de fusão de soldagem por arco. No interior
das poças, é possível observar a estrutura tipicamente martensítica em forma de ripas muito finas.
Figura 18 – Comparação microestrutural aço forjado e impresso
fonte: Adaptado de AVILA et al. (2020)
43
Figura 19 – Comparação microestrutural aço tratado termicamente
fonte: Adaptado de AVILA et al. (2020)
Os resultados das microestruturas dos materiais como recebidos e processados, com tratamento de
envelhecimento de 6h e 9h em 480◦C apresentam-se na Figura 19 (Primeira linha: forjado; Segunda
Linha: MA). O principal destaque é que a estrutura martensítica do aço Maraging nos dois aços
muda muito pouco por causa dos tratamentos de envelhecimento, no entanto o endurecimento por
causa do tratamento se evidencia nas medições de dureza. O endurecimento é mais provável do que
a reversão da austenita na temperatura utilizada, portanto mesmo que com microscopia eletrônica
de varredura os precipitados pequenos deste material não poderiam ser observados. A evolução no
material processado por manufatura aditiva apresenta o formato de poças de fusão individuais devidas
as fusões pontuais do pó pelo laser, cujo formato ainda é observado após tratamentos de 6h e 9h, mas
há uma preferência maior para atacar a microestrutura interna nas amostras envelhecidas do que o
material como processado. Nesse material, é possível observar ainda o aparecimento de regiões mais
claras, em que é provável serem ricas em austenita revertida (AVILA et al., 2020).
Figura 20 – Comparação de dureza aço tratado termicamente
fonte: Adaptado de AVILA et al. (2020)
44
4.5.1.2 Ensaio de Tração
Uma vez que a microestrutura mostrou-se correta o próximo passo foi garantir que o produto
suporta uma carga limite de 2200MPa. Os ensaios de tração foram realizados no Núcleo de Ensaios
de Materiais e Análise de Falha – NEMAF, na Escola de Engenharia de São Carlos, na Universidade
de São Paulo – EESC/USP sob coordenação do Prof. Marcelo Falcão Oliveira. Os ensaios foram
realizados por Douglas Bom. Três amostras foram tracionadas numa taxa de aplicação de carga de 1,3
mm/min numa máquina MTS servo-hidráulica.
Figura 21 – Comparação de escoamento do aço forjado e impresso
fonte: AVILA et al. (2020)
Tabela 10 – Resultados do ensaio de tração
Critério MS MA
Tensão de escoamento [MPa] 1467 1400,3
Resistência última [MPa] 1968,3 2060,9
Alongamento [%] 18,99 19,66
Requisito de 2200 MPa [%] 89,5 93,7
fonte: Produção do Próprio Autor.
O resultado obtido, Tabela 10, mostra que o requisito de tensão não foi atingido, porém o resultado
microestrutural mostra que não houve problemas na produção do material, portanto o resultado difere
da norma MIL-S-46850, a qual especifica as propriedades deste material. Contanto que não haja
falha no material e que a diferença entre os períodos para esse tratamento térmico não mostra ganho
representativo de propriedades mecânicas, esse estudo ainda é considerado válido desde que respeitadas
suas particularidades e limitações.
45
4.5.1.3 Ensaio de Rugosidade
Em complemento a série de ensaios e embora não seja um requisito, o ensaio de rugosidade agrega
valor ao projeto um vez que está alinhado com a proposta de melhoria do processo. A principal
alternativa do processo como um todo é a MA, contudo o acabamento superficial é um processo,
em quase todos os casos, de remoção de material, portanto de MS. Este ensaio tem por objetivo
avaliar a superfície do material e descobrir se esta etapa pode ser um ponto de melhoria. Os ensaios
de rugosidade foram realizados pelo Dr. Fábio Edson Mariani utilizando um Microscópio confocal,
referência 3D laser LEXT 4100 da Olympus, que faz parte do Laboratório para Processos Avançados e
Sustentabilidade - LAPRAS da EESC/USP, sob coordenação do Prof. Reginaldo Coelho, os resultados
estão dispostos na Tabela 11 e Figura 22.
Tabela 11 – Resultados médios de rugosidade
Critério RA ±
MS Lixado e Tratado Termicamente 0,229 0,016
MS Lixado Sem Tratamento Térmico 0,238 0,003
MA Lixado Sem Tratamento Térmico 0,279 0,009
MA Bruto 3,268 0,090
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 22 – Comparativo de rugosidade do aço forjado e impresso
a) MA bruto. b) MS lixado com TT. c) MS lixado sem TT. d) MA lixado sem TT.
fonte: Adaptado de MOREIRA; DIAZ; OLIVEIRA (2021)
46
4.5.2 AICV E INTERPRETAÇÃO DA ACV
Após a consolidação do Inventário do Ciclo de Vida foi realizada a Avaliação de Impactos do Ciclo
de Vida do processo como um todo e, considerando as dificuldades de coleta de dados pela escassez de
informações públicas a respeito do processo de fabricação do aço maraging e as limitações oriundas da
pandemia durante os anos de 2020 e 2021, o sistema de produto foi simplificado e considera como
black boxes os processo de fabricação da liga metálica e o processo de MS, Figura 23.
Figura 23 – Sistema de produto simplificado
fonte: Produção do Próprio Autor.
Na Tabela 12 são listados os potenciais impactos ambientais dos fluxos totais de cada etapa.
47
Tabela 12 – Valores de Potencial de Impacto Ambiental
Potencial de Impacto Ambiental Unidade Fabricação da Liga Manufatura Subtrativa Tratamento Térmico
Mudança Climática [kg CO2 eq.] 0,464 1,48 22,4
Material Particulado [kg PM2.5 eq.] 0,00286 0,00222 0,0329
Depleção Fóssil [kg oil eq.] 0,15 0,639 4,77
Consumo de Água Doce [m3] 0,00643 0,0771 1,57
Ecotoxicidade de Água Doce [kg 1,4 DB eq.] 0,0129 0,000741 0,00268
Eutrofização de Água Doce [kg P eq.] 7,00E-05 8,05E-06 0,00014
Toxicidade Humana, cancerígena [kg 1,4-DB eq.] 0,00848 0,00249 0,0315
Toxicidade Humana, Não-cancerígena [kg 1,4-DB eq.] 0,403 0,306 1,19
Radiação Ionizante [kBq Co-60 eq. to air] 0,05 0,00478 0,0974
Ecotoxicidade Marinha [kg 1,4-DB eq.] 0,0192 0,00278 0,0248
Eutrofização Marinha [kg N eq.] 6,11E-05 0,000134 0,00259
Depleção de Metal [kg Cu eq.] 0,644 0,00157 0,0312
Acificação Terrestre [kg SO2 eq.] 0,00955 0,00699 0,1
Ecotoxicidade Terrestre [kg 1,4-DB eq.] 4,71 1,61 27,3
fonte: Produção do Próprio Autor.
48
A fase do tratamento térmico apresenta-se como a etapa com maior potencial de impacto ambiental,
logo a eletricidade torna-se um ponto focal, e a diferença presente entre os impactos causados por cada
etapa está na escala do processo.
Embora a fabricação da liga de aço seja considerada no modelo através de dados disponíveis no
próprio software, Figura 24, a massa da unidade funcional é pequena contraposto ao volume aquecido
na etapa de tratamento térmico.
Figura 24 – Modelo da fabricação da liga de aço
fonte: Produção do Próprio Autor.
Esperava-se que a etapa intermediária (a remoção de material), Figura 25a, seria o momento que
mais consumiria recursos, contudo a hipótese não se mostrou verdadeira, uma vez que o processo de
usinagem varia diretamente com a quantidade de peças enquanto a etapa de tratamento térmico sofre
uma variação muito menor. O consumo de eletricidade da etapa de tratamento térmico depende da
capacidade de conduzir calor dos elementos que completam o volume do forno, logo, como ar é um
bom isolante térmico e preenche o volume não ocupado pelo aço (no caso de uma peça), existe pouca
variação na curva de aquecimento do forno, logo pouca variação no consumo de eletricidade para uma
ou mais peças aquecidas simultaneamente.
Figura 25 – Modelos no software GaBi
(a) Modelo da MS no software (b) Modelo do TT no software
fonte: Produção do próprio autor.
Da Figura 26 a Figura 39 são exibidos os resultados comparativos por categoria de impacto.
49
Figura 26 – Potencial de Mudanças Climáticas
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 27 – Potencial de Material Particulado
fonte: Produção do Próprio Autor.
50
Figura 28 – Potencial de Depleção Fóssil
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 29 – Potencial de Consumo de Água Doce
fonte: Produção do Próprio Autor.
51
Figura 30 – Potencial de Ecotoxicidade de Água Doce
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 31 – Potencial de Eutrofização de Água Doce
fonte: Produção do Próprio Autor.
52
Figura 32 – Potencial de Toxicidade Humana, cancerígena
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 33 – Potencial de Toxicidade Humana, não-cancerígena
fonte: Produção do Próprio Autor.
53
Figura 34 – Potencial de Radiação Ionizante
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 35 – Potencial de Ecotoxicidade Marinha
fonte: Produção do Próprio Autor.
54
Figura 36 – Potencial de Eutrofização Marinha
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 37 – Potencial de Depleção de Metal
fonte: Produção do Próprio Autor.
55
Figura 38 – Potencial de Acidificação Terrestre
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 39 – Potencial de Ecotoxicidade Terrestre
fonte: Produção do Próprio Autor.
56
As figuras apresentadas reforçam que o hotspot está no tratamento térmico e este deve ser analisado
melhor. Considerando que utilizar o forno apenas com o volume calculado da unidade funcional
adotada neste estudo é um desperdício, pois o volume ocupado por uma peça é cerca de 634:1, o forno
possui dimensões internas, em centímetros, de 103x109x95, enquanto o corpo de prova 2x14x60. Foi
proposto recalcular os potenciais de impacto ambiental considerando 50% do volume do forno ocupado
por peças, normalizando o processo por 317 peças, tornando o estudo mais próximo da realidade. Os
novos resultados são apresentados na Tabela 13.
De maneira geral o cenário muda bastante como pode ser visto nas figuras, Figura 40 e Figura 41,
no segundo cenário evidencia-se o impacto da produção da liga e da usinagem. Assim sugere-se a
possibilidade de uma quantidade ótima de fabricação com os equipamentos que foram utilizados nesse
estudo.
A quantidade ótima de fabricação pode ser descoberta pela obtenção de novos cenários de produção
e estudos de sensibilidade do sistema produtivo, contudo este trabalho não contempla essas informações
e limita-se a esses resultados. Porém considera um comparativo qualitativo com o processo de produção
da mesma unidade funcional por manufatura aditiva (MA), porém para o método CML (que também
é midpoint), Figura 42. Segundo VICO; DIAZ; OLIVEIRA (2021), os hotspots da ACV utilizando
MA também são os processos que consomem mais eletricidade, considerando que as duas peças são
submetidas ao mesmo tratamento térmico e os valores absolutos de impacto ambiental (utilizando
os mesmos métodos de AICV) seriam os mesmos, o processo de fabricação por MA mostra-se mais
impactante pelos percentis do tratamento térmico nas categorias de impacto ambiental serem menores.
Então, faz-se necessário também, um estudo da quantidade ótima de produção, para assim definir o
melhor cenário de cada processo produtivo e os pontos de inflexão para escolha do processo mais
amigável no sentido ambiental.
57
Figura 40 – Contribuição de cada etapa para AICV - Tratamento Térmico para 1 peça
fonte: Produção do Próprio Autor.
58
Figura 41 – Contribuição de cada etapa para AICV - Tratamento Térmico para 317 peças
fonte: Produção do Próprio Autor.
Figura 42 – Contribuição de cada etapa para AICV - Manufatura Aditiva
fonte: VICO; DIAZ; OLIVEIRA (2021)
59
Tabela 13 – Valores de Potencial de Impacto Ambiental com TT Normalizado
Potencial de Impacto Ambiental Unidade Fabricação da Liga Manufatura Subtrativa Tratamento Térmico
Mudanças Climáticas [kg CO2 eq.] 0,464 1,48 0,0706
Material Particulado [kg PM2.5 eq.] 0,00286 0,00222 0,000104
Depleção Fóssil [kg oil eq.] 0,15 0,639 0,015
Consumo de Água Doce [m3] 0,00643 0,0771 0,00496
Ecotoxicidade de Água Doce [kg 1,4 DB eq.] 0,0129 0,000741 8,47E-06
Eutrofização de Água Doce [kg P eq.] 7,00E-05 8,05E-06 4,42E-07
Toxicidade Humana, cancerígena [kg 1,4-DB eq.] 0,00848 0,00249 9,95E-05
Toxicidade Humana, Não-cancerígena [kg 1,4-DB eq.] 0,403 0,306 0,00376
Radiação Ionizante [kBq Co-60 eq. to air] 0,05 0,00478 0,000308
Ecotoxicidade Marinha [kg 1,4-DB eq.] 0,0192 0,00278 7,82E-05
Eutrofização Marinha [kg N eq.] 6,11E-05 0,000134 8,18E-06
Depleção de Metal [kg Cu eq.] 0,644 0,00157 9,83E-05
Acidificação Terrestre [kg SO2 eq.] 0,00955 0,00699 0,000317
Ecotoxicidade Terrestre [kg 1,4-DB eq.] 4,71 1,61 0,0863
fonte: Produção do Próprio Autor.
60
5 CONCLUSÃO
Com base nos resultados e discussões apresentadas, apresentam-se as seguintes conclusões:
• A ACV é uma técnica em ascensão e torna-se cada vez mais importante para os planos estratégi-
cos de grandes empresas.
• O objetivo deste trabalho foi concluído. Foram identificados os pontos focais de cada etapa do
processo de fabricação e os resultados puderam ser comparados a resultados disponíveis sobre o
processo de MA.
• Com a metodologia proposta, os potenciais de impactos ambientais da MS puderam ser compa-
rados com os da MA, ou seja, os desempenhos ambientais destas técnicas de manufatura foram
comparados em relação à fabricação de peças de aço maraging 300, portanto a ACV é uma
ferramenta útil e definidora do uso destas tecnologias para outros cenários e materiais.
• Este estudo apresenta uma contribuição científica para a literatura recente que avança no campo
das técnicas MS e MA, uma vez que poucos trabalhos foram dedicados a esta proposição
metodológica. Ainda, contribui para a literatura científica que trata de Engenharia do Ciclo de
Vida, uma vez que esta ainda carece de estudos que agreguem resultados às bases de dados.
• Os resultados apresentados concluem que não há prejuízo de funcionalidade em utilizar MS
ou MA, mas a escolha depende do processo mais adequado a localidade e, por terem hotspots
semelhantes, haverá grande sensibilidade a fonte da energia elétrica consumida.
• Como limitação deste trabalho está a falta de literaturas nessa área de estudo e as informações
sigilosas de empresas que produzem o aço maraging, uma vez que a receita da liga metálica é
um dos fatores de competitividade dessas empresas.
• Como recomendações para trabalhos futuros, o emprego das novas tecnologias de integração de
equipamentos como Internet das Coisas mostra-se como fator importante para acompanhamento
dos processos e construção de ICVs mais precisos. Além disso, recomenda-se a expansão do
sistema de produto, para estudar os cenários das fases de uso e estratégias de fim de vida, que
permitirão avaliar novos cenários para o sistema completo.
61
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https://aerospaceamerica.aiaa.org/features/recycling-rockets/
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63
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steels. International Journal of Fatigue, Elsevier, v. 113, p. 126–136, 2018.
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https://www.even3.com.br/anais/xxxiiicicunesp/456227-avaliacao-do-desempenho-ambiental-da-manufatura-aditiva-de-pecas-do-aco-maraging/
https://www.cnnbrasil.com.br/business/alem-da-embraer-conheca-outras-fabricantes-que-produzem-avioes-no-brasil/
https://www.cnnbrasil.com.br/business/alem-da-embraer-conheca-outras-fabricantes-que-produzem-avioes-no-brasil/
64
APÊNDICE A – PLANILHA DE ESTUDO DE TEMPO E POTÊNCIA
Etapa MAR - Laminado
Tempo Incremental
(minutos)
Tempo Absoluto
(minutos)
Duração
(segundos)
Ferramenta de
Usinagem
Potência Aparente
[kVA]
Consumo
[kVAh]
Soma etapas [kVAh]
1 Esquadrejar blank nas dimensões finais de 15 x 60 mm
Facear Lateral A de 25,1 para 24,6 mm
Obs.: 4 peças usinadas simultaneamente
1.1.1 Montar peças na morsa 02:27 02:27 147 5,103 0,208
1.1.2 Usinar 02:51 05:18 171 7,652 0,363
1.1.3 Desmontar peças da morsa 00:23 05:41 23 5,075 0,032 0,604
INTERVALO ENTRE UMA ETAPA E OUTRA, ABRANGENDO
METROLOGIA DAS PEÇAS E AJUSTE DO PROGRAMA CNC PARA AS
DIMENSÕES OBTIDAS NA ETAPA 1.1
07:19 13:00 439 5,086 0,620 0,620
Facear Lateral B de 24,6 para 15,0 mm
Obs.: 4 peças usinadas simultaneamente
1.2.1 Montar peças na morsa 03:44 16:44 224 5,094 0,317
1.2.2 Usinar 07:26 24:10 446 7,623 0,944
1.2.3 Desmontar peças da morsa 00:19 24:29 19 5,082 0,027 1,288
Facear Topo A de 70,12 para 69,80 mm
Obs.: 4 peças usinadas simultaneamente
1.3.1 Montar peças na morsa 03:18 27:47 198 5,077 0,279
1.3.2 Usinar 02:18 30:05 138 7,644 0,293
1.3.3 Desmontar peças da morsa 00:16 30:21 16 5,111 0,023 0,595
INTERVALO ENTRE UMA ETAPA E OUTRA, ABRANGENDO
METROLOGIA DAS PEÇAS E AJUSTE DO PROGRAMA CNC PARA AS
DIMENSÕES OBTIDAS NA ETAPA 1.3
05:49 36:10 349 5,056 0,490 0,490
Facear Topo B de 69,8 para 60,0 mm
Obs.: 4 peças usinadas simultaneamente
1.4.1 Montar peças na morsa 03:05 39:15 185 5,067 0,260
1.4.2 Usinar 07:27 46:42 447 7,661 0,951
1.4.3 Desmontar peças da morsa 00:24 47:06 24 5,089 0,034 1,246
INTERVALO ENTRE UMA ETAPA E OUTRA, ABRANGENDO
METROLOGIA DAS PEÇAS E AJUSTE DO PROGRAMA CNC PARA AS
DIMENSÕES OBTIDAS NA ETAPA 1.4
08:41 55:47 521 5,083 0,736 0,736
2 Usinar CP conforme desenho
Usinar Perfil Lateral A e Lateral B
Obs.: 1 peça de cada vez
2.1.1 Montar peça 1 no dispositivo 03:16 59:03 196 5,097 0,278
2.1.2 Usinar peça 1 04:06 63:09 246 7,651 0,523
2.1.3 Desmontar peça 1 do dispositivo 00:14 63:23 14 5,066 0,020
2.1.4 Montar peça 2 no dispositivo 02:24 65:47 144 5,072 0,203
2.1.5 Usinar peça 2 04:06 69:53 246 7,638 0,522
2.1.6 Desmontar peça 2 do dispositivo 00:19 70:12 19 5,075 0,027
2.1.7 Montar peça 3 no dispositivo 02:37 72:49 157 5,084 0,222
2.1.8 Usinar peça 3 04:06 76:55 246 7,641 0,522
2.1.9 Desmontar peça 3 do dispositivo 00:15 77:10 15 5,068 0,021
2.1.10 Montar peça 4 no dispositivo 02:48 79:58 168 5,081 0,237
2.1.11 Usinar peça 4 04:06 84:04 246 7,664 0,524
2.1.12 Desmontar peça 4 do dispositivo 00:27 84:31 27 5,078 0,038 3,135
Usinar Faces Superior e Inferior
Obs.: 1 peça de cada vez
2.2.1 Montar peça 1 na morsa 03:15 87:46 195 5,097 0,276
2.2.2 Usinar face Superior peça 1 01:28 89:14 88 7,651 0,187
2.2.3 Desmontar peça 1 da morsa 00:16 89:30 16 5,066 0,023
2.2.4 Montar peça 2 na morsa 04:48 94:18 288 5,072 0,406
2.2.5 Usinar face Superior peça 2 01:53 96:11 113 7,638 0,240
2.2.6 Desmontar peça 2 da morsa 00:19 96:30 19 5,075 0,027
2.2.7 Montar peça 3 na morsa 03:27 99:57 207 5,084 0,292
2.2.8 Usinar face Superior peça 3 01:37 101:34 97 7,641 0,206
2.2.9 Desmontar peça 3 da morsa 00:14 101:48 14 5,068 0,020
2.2.10 Montar peça 4 na morsa 04:15 106:03 255 5,081 0,360
2.2.11 Usinar face Superior peça 4 01:39 107:42 99 7,664 0,211
2.2.12 Desmontar peça 4 da morsa 00:21 108:03 21 5,078 0,030 2,276
INTERVALO ENTRE UMA ETAPA E OUTRA, ABRANGENDO
METROLOGIA DAS PEÇAS E AJUSTE DO PROGRAMA CNC PARA AS
DIMENSÕES OBTIDAS NAS ETAPAS ENTRE 2.2.1 E 2.2.12
05:10 113:13 310 5,071 0,437 0,437
2.2.13 Montar peça 1 na morsa 03:42 116:55 222 5,097 0,314
2.2.14 Usinar face Inferior peça 1 02:08 119:03 128 7,651 0,272
2.2.15 Desmontar peça 1 da morsa 00:19 119:22 19 5,066 0,027
2.2.16 Montar peça 2 na morsa 04:02 123:24 242 5,072 0,341
2.2.17 Usinar face Inferior peça 2 01:44 125:08 104 7,638 0,221
2.2.18 Desmontar peça 2 da morsa 00:22 125:30 22 5,075 0,031
2.2.19 Montar peça 3 na morsa 03:29 128:59 209 5,084 0,295
2.2.20 Usinar face Inferior peça 3 01:56 130:55 116 7,641 0,246
2.2.21 Desmontar peça 3 da morsa 00:16 131:11 16 5,068 0,023
2.2.22 Montar peça 4 na morsa 04:34 135:45 274 5,081 0,387
2.2.23 Usinar face Inferior peça 4 02:02 137:47 122 7,664 0,260
2.2.24 Desmontar peça 4 da morsa 00:17 138:04 17 5,078 0,024 2,440
8.284 13,867
Fresa Ø 19 mm
Fresa Ø 19 mm
1.3
1.2
1.1
1.4
2.2
2.1
Fresa Ø 8 mm
Fresa Ø 19 mm
Fresa Ø 19 mm
Fresa Ø 19 mm
Fresa Ø 19 mm
65
ANEXO A – LAUDO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA AMOSTRA FORJADA
UTILIZADA NA MANUFATURA SUBTRATIVA
RELATÓRIO DE ENSAIO N°: 20084324AQSP - Rev. 3 Fl. 1/1
Empresa interessada : JULIAN ARNALDO AVILA DIAZ
Av. Professora Isette Correa Fontão, 505 - Jardim das Flores - São João da Boa Vista / SP
Pedido de ensaio : 288318
Natureza do trabalho : ANÁLISE QUÍMICA
Indicações fornecidas pelo interessado sobre o material ensaiado:
RECEBIMENTO/DATA..........: 04/08/2020 - Entregue no Laboratório Tork SP
IDENTIFICAÇÃO....................: Maraging 300
QUANTIDADE........................: 01 amostra
REF. DO CLIENTE..................: E-mail de 03/08/2020
PROPOSTA TORK Nº ............: 2007007PR-D
COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%)
Carbono (C) 0,011
Silício (Si) 0,05
Manganês (Mn) 0,03
Fósforo (P) 0,005
Enxofre (S) < 0,001
Cromo (Cr) 0,03
Níquel (Ni) 18,53
Molibdênio (Mo) 4,50
Alumínio (Al) 0,10
Titânio (Ti) 0,81
Nitrogênio (N) 0,021
Cobalto (Co) 9,58
Ferro (Fe) Restante
INFORMAÇÕES COMPLEMENTARES
1. Procedimentos Tork: séries P-200 e P-300.
2. Procedimentos analíticos utilizados: Emissão Óptica e Volumetria
3. A amostra foi ensaiada conforme: ASTM A 751, ed. 14a
4. Local do Ensaios: Rua Cruzeiro, 419 - Barra Funda - São Paulo / SP - Laboratório: Químico
5. Revisão 3: Conforme solicitação do cliente via e-mail de 12/10/2020, foi acrescentado o elemento Cobalto (Co), sendo que esta revisão
cancela e substitui o Relatório de Ensaio Nº 20084324 AQSP - Rev. 2.
Data dos Ensaios: 07 de Agosto de 2020.
Emissão do Relatório: São Paulo, 14 de Outubro de 2020.
________________________________________________
Eng. Bruno Ozi S. R. de Oliveira – CREA 2605628078
Signatário Autorizado
______________________________________________
Eng. Leopoldo Rosalin de Oliveira – CREA 0600318910
Gerente Técnico do Laboratóri