Equipamentos e planejamento experimental

Os ensaios de usinagem foram realizados em um torno CNC ROMI Galaxy 20, com 20 KW de potência e rotação máxima de 4000 RPM.

Na primeira fase dos ensaios, a liga 625 foi usinada em oito diferentes condições de usinagem usuais na indústria, com profundidade de corte (ap) constante igual a 0,5 mm (típica de

operações de acabamento). A velocidade de corte (vc), avanço (f) e o ângulo de saída (geometria)

da ferramenta foram as variáveis de ensaio, conforme a tabela 3.3, produzindo oito diferentes superfícies relativas a cada uma das condições do ensaio. Estas condições são próximas aos valores recomendados pelo fabricante da ferramenta para o torneamento desta liga (Sandvik,

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2012). As arestas de corte utilizadas nestes ensaios eram novas, isto é, ainda não apresentavam desgastes.

Tabela 3.3. Parâmetros de usinagem das condições utilizadas no torneamento do material.

Condição Velocidade de corte (m/min) Avanço (mm/rot) Ângulo de Saída (Geometria) da ferramenta 1 35 0,10 Positivo 2 35 0,08 Positivo 3 42 0,10 Positivo 4 42 0,08 Positivo 5 35 0,10 Negativo 6 35 0,08 Negativo 7 42 0,10 Negativo 8 42 0,08 Negativo

Partindo-se de barras com diâmetro inicial de 120 mm (figura 3.1), foram usinados quatro corpos de prova em formato cilíndrico, com diâmetro de 97 mm. Cada corpo de prova foi dividido em duas seções de corte com comprimento de 45 mm. (figura 3.3). Em cada seção de corte foi realizada a operação de torneamento longitudinal nas condições mostradas na tabela 9.

Figura 3.3. Desenho cotado do corpo de prova da primeira e segunda fase de ensaios.

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Os perfis e os valores de rugosidade do corpo de prova torneado foram obtidos com o rugosímetro Surftest sj-210 da Mitutoyo, com cut-off de 0,8 mm e comprimento de amostragem de 4 mm. A rugosidade foi avaliada através de dois parâmetros de amplitude. O primeiro parâmetro foi à rugosidade média (Ra) e o segundo parâmetro foi à rugosidade máxima (Rz).

A medição da tensão residual das superfícies usinadas foi realizada através do método do furo cego. O dispositivo utilizado foi o MTS 3000 da HBM (figura 3.4). O ensaio foi realizado com os parâmetros indicados na tabela 3.4, em acordo com a norma ASTM E837. O número de passes corresponde ao número total de medidas de tensão residual obtidas ao longo da profundidade do ensaio. A partir da primeira medida na superfície do corpo de prova, a fresa avançava 0,014 mm a cada passe do seu percurso, e o extensômetro acoplado à superfície efetuava a aquisição dos dados proveniente da relaxação de tensões em cada região mensurada. Sendo assim, no percurso total de 0,70 mm foram obtidas cinquenta medidas para cada superfície das oito diferentes condições de usinagem. A análise da tensão residual promovida em todas as condições de usinagem foi realizada apenas no primeiro ponto obtido, ou seja, na superfície do material, que é a região de interesse neste trabalho.

Tabela 3.4. Parâmetros do ensaio de furo cego. Velocidade de corte da fresa (m/s) Diâmetro da fresa (mm) Profundidade do furo (mm) Número de passes Distância percorrida por passada (mm) Avanço do motor de passo 0,2 1,8 0,70 50 0,014 Automático

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Figura 3.4. Dispositivo utilizado no ensaio de furo cego.

A medição da microdureza Vickers da superfície e subsuperfície dos corpos de prova foi realizada com um microdurômetro HMV 2000 da Shimadzu, com tempo de indentação de 10 segundos e carga de 1 kgf. Com o auxílio do microscópio óptico acoplado ao dispositivo, utilizou-se a distância de duas vezes e meia o diâmetro da impressão entre as medidas e da superfície a fim de evitar o efeito de borda, de acordo com a norma ASTM E384.

O perfil das impressões é composto de dez medidas equidistantes 25 µm entre si, ele foi realizado em diagonal a fim de garantir resultados o mais próximo possível da superfície e de uma medida em relação a seguinte (figura 3.5), porém sempre respeitando a distância mínima necessária de uma medida da outra. Isto assegurou que houvesse continuidade da primeira (aproximadamente 50 µm da superfície) até a última medida (aproximadamente 275 µm da superfície). Este perfil foi efetuado três vezes, em diferente regiões na superfície, para cada corpo de prova.

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Figura 3.5. Exemplo de perfil das impressões no ensaio de microdureza.

As impressões foram dimensionadas para garantir que o tamanho da indentação fosse menor que o do grão e, assim, não haver a interferência de outros grãos com possíveis diferentes direções cristalográficas no resultado. Outro ponto importante é que durante a medição foi tomado o cuidado para não realizar nenhuma medida no contorno de grão, pois esta é uma região com alta probabilidade de ocorrência de carbonetos com alta dureza.

A microestrutura da superfície e da subsuperfície do corpo de prova usinado foi avaliada através do procedimento metalográfico convencional, sendo as amostras lixadas em lixas de granas #100, #220, #400 e #600. Após lixamento, as amostras foram polidas em pasta de diamante com granulometria de 6 μm, 3 μm e 1 μm, sendo o acabamento realizado com suspensão coloidal de alumina com granulometria de 0,5 μm. O ataque metalográfico foi realizado com reagente glicerégia (10 ml de ácido clorídrico, 10 ml de ácido nítrico e 2 gotas de glicerina). A avaliação da microestrutura foi realizada em microscópio ótico da marca Zeiss.

Na segunda fase dos ensaios, realizou-se o ensaio de vida da ferramenta, que consistiu no torneamento cilíndrico do diâmetro externo do corpo de prova (figuras 3.3 e 3.6). Estes ensaios foram realizados nas condições 1, 4, 5 e 8 mostradas na tabela 3.3, porque estas condições foram aquelas que propiciaram os maiores e os menores valores de tensão residual de compressão (condições 1 e 4) e de tração (condições 5 e 8) durante os ensaios da primeira fase.

Nesta fase de ensaios, após cada passe sobre o corpo de prova, a rugosidade da superfície era medida e a ferramenta (somente a pastilha) era retirada e levada para o microscópio ótico para

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medição do desgaste de flanco. Este microscópio tem câmera de captura de imagens acoplada e software de edição de imagens adequado. Então, repetia-se o processo até que fosse atingido o final de vida da ferramenta, determinado em VB,max igual a 0,3mm, de acordo com a norma ISO

8688-2. Após os ensaios de vida, as ferramentas desgastadas foram levadas ao Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) marca Jeol JXA-840ª, que propiciou embasamento suficiente para a geração de hipóteses sobre os mecanismos de desgaste ocorrentes e a sua influência na integridade superficial do material usinado.

(a) Face (b) Seção lateral

Figura 3.6. Face (a) e seção lateral (b) do corpo de prova da segunda fase de ensaios.

Por fim, nesta fase os corpos de prova com a ferramenta já desgastada (desgaste VB,max

igual a 0,3 mm) foram submetidos às mesmas análises da superfície e subsuperfície (medições de microdureza e tensão residual e a análise da microestrutura) realizadas na primeira fase de ensaios de torneamento.

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