METODOLOGIA
3.1 Introdução
Este capítulo tem como objetivo apresentar os materiais, equipamentos e planejamentos utilizados nos testes para investigar a influência do lubrificante sólido (grafite e bissulfeto de molibdênio, aplicado na região de corte) no torneamento da superliga à base de níquel (Inconel 718), utilizando ferramentas de metal duro (classe S15) e cerâmicas (mista, SiAlON e Whisker), sobre as características de usinabilidade (vida da ferramenta, força de usinagem, temperatura de corte e integridade superficial). Com isso foi possível obter comparações do desempenho das diversas formas de lubri-refrigeração e ferramentas de corte. Os ensaios de usinagem foram realizados no Laboratório de Ensino e Pesquisa em Usinagem - LEPU da Faculdade de Engenharia Mecânica da UFU. As análises de tensão residual foram realizadas no Laboratório de Análise de Tensões – LAT, do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal Fluminense – UFF.
Antes de desenvolver os testes para atingir os objetivos propostos neste trabalho, foram inicialmente feitos alguns pré-testes, para definir as concentrações dos lubrificantes sólidos na mistura com o fluido de corte (MQF e jorro) e vazão dos fluidos de corte aplicados pela técnica da mínima quantidade de fluido (MQF). Estes pré-testes também tiveram o objetivo de ajustar as condições de corte para cada par ferramenta/peça. Primeiramente, foi utilizado o Inconel 718 no estado solubilizado o qual foi usinado com ferramentas de metal duro em seguida utilizou-se o material no estado envelhecido que foi usinado com ferramentas de metal duro e de cerâmicas. Com isto houve a possibilidade de comparar o comportamento na usinagem do material nos dois estados de tratamento térmico: solubilizado e envelhecido. A Figura 3.1 apresenta o fluxograma dos ensaios realizados nos pre-testes. Após definidas as concentrações dos lubrificantes sólidos tanto no sistema MQF como jorro, a vazão no sistema MQF e as condições de corte adequadas, deu-se prosseguimento para o desenvolvimento dos testes, cujo fluxograma é apresentado na Figura 3.2.
3.2 Caracterização do Material da Peça
Os materiais utilizados para esta investigação foram fornecidos pela empresa Villares Metals S.A., com o nome comercial de INCONEL® VAT718A. Estas ligas à base de níquel
foram fornecidas em duas condições, solubilizada (utilizada nos pré-testes) e envelhecida (utilizada nos testes). Foram fornecidas 4 barras de material solubilizado com diâmetro de 101 mm e comprimento de 530 mm e 6 barras de material envelhecido com diâmetro de 127 mm e 260 mm de comprimento. A composição química e as propriedades mecânicas dos materiais são dadas nas Tabela 3.1 e Tabela 3.2, respectivamente.
Tabela 3.1 – Composição química da liga VAT718A (% Peso)
Material Ni Cr Fe Nb Mo Ti Al C Co
Solubilizado 53,29 18,48 18,61 5,16 2,55 0,96 0,57 0,033 0,03
Envelhecido 52,90 18,48 18,88 5,11 2,94 0,98 0,54 0,032 0,04
A análise de composição química do material solubilizado foi realizada com equipamento portátil Bruker Turbo SD - Análise FRX, no laboratório do CIMATEC da Bahia. A composição do material envelhecido foi fornecida pela Villares Metals S.A.
Tabela 3.2 – Propriedades mecânicas da liga VAT718A
Material escoamentoLimite de
0,2% (MPa)
Tensão de ruptura
(MPa) Dureza (média) HRc
Solubilizado 350 780 16
Envelhecido 1070 1262 40
As propriedades mecânicas dos materiais foram fornecidas pela Villares Metals S.A.
3.2.1 Microestrutura
A análise da microestrutura da liga envelhecida foi realizada no laboratório da Villares Metals S.A. Para a análise da microestrutura da liga solubilizada, foi retirada uma amostra do material seguido de lixamento utilizando-se lixas d’água com mesh 180, 200, 320, 400, 600, 800 e 1200 mesh. Após o lixamento, a amostra foi polida com pasta de diamante com granulometrias de 1 μm e 3 μm e atacada com o reagente Kalling nº 2 (100 ml etanol + 100
ml HCl + 5 g CuCl2) a fim de revelar os contornos de grãos e os precipitados da liga. Os
ensaios metalográficos foram realizados no Laboratório de Tribologia e Materiais - LTM da UFU. As microestruturas dos materiais podem ser vistas na Figura 3.3.
Material solubilizado Material envelhecido
Figura 3.3 – Microestrutura dos materiais em estudo, ataque reagente Kalling nº 2
Em ambos os materiais pode-se observar a presença de carbonetos de nióbio e carbonitretos de titânio, apresentando ainda uma microestrutura isenta de precipitação de fase delta.
3.3 Máquina-ferramenta
Para os ensaios de vida da ferramenta de corte e força no torneamento da superliga à base de níquel Inconel VAT718A foi utilizado o torno CNC da marca Romi, modelo Multiplic 35 – D, com comando numérico GE FANUC Series 21i – TB, com 11 kW (15 CV) de potência no eixo principal e rotação máxima de 3.000 rpm.
Para a realização dos ensaios de temperatura foi utilizado um torno universal fabricado pela DebMaq, modelo Revolution R220 com rotação máxima de 2500 rpm e potência de 8 kW.
Todas as máquinas ferramentas pertencem ao Laboratório de Ensino e Pesquisa em Usinagem - LEPU da Faculdade de Engenharia Mecânica da UFU.
3.4 Ferramentas de corte
Para a realização deste trabalho foram utilizadas ferramentas de metal duro e cerâmicas, ambas fornecidas pela empresa SANDVIK Coromant. As características das ferramentas podem ser vistas na Tabela 3.3.
Tabela 3.3 – Características das ferramentas de corte
Ferramenta
Especificação
ISO 120408- SM SNMG 120712T01020SNGN 120712T01020SNGN 120712T01020 SNGN
Geometria Quadrada Quadrada Quadrada Quadrada
Substrato Metal duro Al2O3 + TiC
Mista AlWhiskers2O3 + SiC Si3SiAlONN4 + Al2®O3
Classe S 1115 650 670 6060
Revestimento TiAlN + (AlCr)2O3
+ TiAlN (PVD) revestimentoSem revestimentoSem revestimentoSem
Raio de ponta
(rε) 0,8 mm 1,2 mm 1,2 mm 1,2 mm
Número de
arestas 8 8 8 8
Foram escolhidas ferramentas com geometria quadrada, primeiramente por apresentar maior resistência (serem mais robustas) e em segundo lugar por apresentar um maior número de aresta de corte por ferramenta.
Na Figura 3.4 estão representadas as fotografias obtidas através do MEV da superfície de folga das ferramentas de corte utilizadas nos ensaios. Nessas fotografias é possível observar as arestas de corte principal das ferramentas