Tipos de danos térmicos nas peças de trabalho

No início da queima, existe uma tendência de adesão de partículas de metais nos grãos abrasivos do rebolo, causando o aumento da força de corte, a deterioração da superfície da peça e o aumento da taxa de desgaste do rebolo (Malkin & Cook, 1971). Uma descontinuidade na força versus a relação área de desgaste plana também ocorre, conforme Figura 13, a qual indica uma mudança abrupta no mecanismo de usinagem, possivelmente relacionado com uma transformação metalúrgica (Malkin,1989).

Figura 13 - Componente de Força Normal e Tangencial versus Área de Contato entre o Desgaste Plano de um Grão Abrasivo e a Peça (Malkin, 1989)

As mudanças que ocorrem durante a retificação também devem ser levadas em conta. Por exemplo, a superfície de uma peça brandamente retificada (e, portanto, a baixas temperaturas) irá apresentar um estado de tensão residual compressiva. Isso é causado por uma deformação plástica na superfície da peça pelos grãos abrasivos. Isto pode realçar as propriedades mecânicas da peça, com uma notável melhora na resistência à fadiga. Todavia com o aumento das taxas de remoção a temperatura do arco de corte tende a subir. Isto pode causar peças com perda de resistência, tensões de tração ou eventuais fissuras.

Segundo Malkin (1989) e Badger & Torrence (2000) são encontrados os seguintes danos térmicos:

3.4.1.1 Queima de oxidação

Causada por uma fina camada superficial de metal e fluido de corte oxidados, causa descoloração na peça. Esta descoloração é normalmente superficial e ocorre normalmente sem as peças sofrerem algum dano metalúrgico. A queima de oxidação pode ser vista sobre uma superfície retificada e/ou próximo à região de retificação onde as temperaturas são altas devido a condução. A queima de oxidação é um mau indicador da ocorrência do dano térmico pela sua imprevisibilidade.

3.4.1.2 Amolecimento térmico.

Os aços são freqüentemente retificados no estado temperado. O amolecimento térmico ocorre quando a temperatura de retificação ultrapassa a temperatura de revenimento do aço. O sobre-revenimento causa amolecimento da superfície da peça.

Segundo Malkin (1989) o revenimento da superfície de aços endurecidos ocorre freqüentemente durante a retificação em condições típicas de produção, mas seus efeitos podem ser minimizados. A profundidade da camada revenida pode ser reduzida principalmente pelo uso de maiores velocidades da peça, o que resulta numa menor penetração do calor e em menores tempos de aquecimento. Têm-se como exemplo as curvas de microdureza da Figura 14, as quais foram obtidas na retificação plana tangencial, com uma velocidade da peça relativamente baixa (Vw = 6 ,1 m/min), isso causou uma camada

termicamente afetada relativamente profunda. Camadas revenidas similares, mas mais rasas são obtidas com velocidades da peça maiores, como as que são tipicamente utilizadas na retificação cilíndrica.

Ainda segundo Malkin (1989) algumas ou mesmo todas as camadas revenidas produzidas durante a retificação em desbaste com altas taxas de remoção do cavaco, podem

ser removidas por uma operação posterior de retificação em acabamento, com “spark out” no fim do ciclo de retificação.

Figura 14 – Microdureza versus Profundidade abaixo da Superfície com e sem Queima para um aço de rolamento (Malkin, 1989)

3.4.1.3 Queima de reendurecimento

Um exemplo deste comportamento em um aço para rolamento temperado é mostrado pela curva “com queima” da Figura 14. Segundo Malkin (1989), a queima da peça, observada para aços de rolamentos, traz um aspecto adverso quanto ao limite de resistência à fadiga e conseqüente diminuição do número de ciclos destes aços após a retificação. Este comportamento é atribuído a formação de martensita não-revenida, gerada no processo de queima, em função do aquecimento à temperatura de austenitização e resfriamento rápido sem posterior alívio de tensões (revenimento).

Para acentuar mais o problema, a queima de reendurecimento é também acompanhada por uma tensão residual secundária, por que o novo material formado tem uma densidade maior que o material original (Badger & Torrence, 2000).

3.4.1.4 Tensão residual de tração.

resistência à fadiga do material, e em casos extremos causa imediata fraturação. A profundidade e severidade da fissura dependem da temperatura de retificação e do material.

O desenvolvimento da tensão residual de tração é complicado e influenciado por muitas variáveis. Durante a retificação, muito calor é gerado e este penetra na peça. Como as temperaturas sobem, a superfície quente da peça sendo retificada quer expandir para cima e para o redor. A expansão térmica para cima não é restringida. Todavia, o material ao redor restringe a expansão em sua direção. Quando a superfície quente tenta expandir para o seu redor é restringida ela está efetivamente em um estado de compressão. Se a temperatura é alta o suficiente, a tensão compressiva irá exceder a tensão limite elástica do material e o mesmo irá permanecer deformado (Badger & Torrence, 2000).

Quando o material resfria após a retificação, ele tende a encolher para um tamanho menor que o original (devido a deformação compressiva permanente). Mas a continuidade do material restringe esse encolhimento (ele está sendo puxado pelo material circundante), o que resulta em uma superfície de material sob tração. A tensão residual trativa pode diminuir a resistência à fadiga da peça durante sua vida prevista e, se severa o suficiente pode causar fratura imediata. Se a fraturação ou fissuração não estão presentes, tensões residuais podem ser aliviadas por um tratamento térmico pós-retificação. Tensões residuais não podem ser vistas a olho nu, mas a detecção é possível com difração de raios X, método de Barkhausen ou banho de ácido (Badger & Torrence, 2000).

Kruszynski & Wojeik (2001) estudou a relação entre a tensão residual máxima (B) e as variáveis potência de acionamento do rebolo, largura de contato e velocidade da peça. De posse destas variáveis foi calculado um parâmetro definido como:

w d v b P B × = (26) onde:

P é a potência total de retificação. bd é a largura de retificação.

Vw é a velocidade da peça.

No trabalho de Kruszynski & Wojeik (2001) encontrou-se uma relação linear deste parâmetro com a tensão residual máxima, de forma que o monitoramento destas variáveis pode ser útil no seu controle. Da mesma forma o pesquisador cita a possibilidade da predição

Durante a retificação, três interações primárias ocorrem entre o rebolo e a peça: deslizamento e atrito (“sliding” ou “ rubbing”), deformação plástica sem remoção de material (“plowing”) e o corte do material propriamente dito (“chip formation”). A Figura 15 ilustra essas interações.

Figura 15 - Interações entre rebolo e peça (Badger & Torrence, 2000)

Todos os três geram calor e ocorrem em grau variável durante a operação. Um rebolo afiado corta mais material enquanto um rebolo cego tende a deformar e deslizar mais. O cegamento do rebolo é conseqüência do atrito desgastando a ponta dos grãos. Retificando nessa condição o excessivo deslizamento e deformação gera mais calor e aumenta a probabilidade de dano térmico.

O aço é composto por dois constituintes principais: a matriz e os carbetos (tungstênio, molibdênio e vanádio). Todos combinam com o carbono para formar carbetos duros dentro da matriz. Segundo Badger & Torrence (2000) estes grandes carbetos refratários tendem a cegar os grãos, o que resulta em excessivo deslizamento, menor eficácia da operação, maior consumo de potência, maiores temperaturas, desgaste excessivo e perda de forma do rebolo. O carbeto de tungstênio, de molibdênio e particularmente o de vanádio têm valores de dureza próximos aos dos abrasivos convencionais. Tipicamente, uma maior quantidade de elementos de liga e uma maior porcentagem de carbetos duros (geralmente a quantidade relativa de vanádio, tungstênio, molibdênio e carbono dentro de um material) determina a taxa na qual o rebolo de retificação se torna cego.