Estudo sobre o torneamento de aços inoxidáveis
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Márcio Bacci da Silva
Marcelo Araújo Câmara
Marcelo Araújo Câmara
Resumo
Os aços inoxidáveis são amplamente utilizados no cotidiano em itens domésticos e industriais
e são considerados materiais de difícil usinabilidade devido a características tais como:
elevada ductilidade, baixa condutividade térmica, formação de cavacos longos e tendência à
formação de APC. Neste trabalho é apresentado o estado da arte sobre a influência da
composição química e das propriedades físicas e mecânicas dos aços inoxidáveis sobre a sua
usinabilidade, especificamente na operação de torneamento. Pretende-se identificar as
condições de usinagem mais adequadas em termos de usinabilidade (considerando-se vida e
desgaste da ferramenta de corte, acabamento, força de usinagem, temperatura de corte e
alterações subsuperficiais). Também são avaliados resultados obtidos com a utilização de
ferramentas com diferentes geometrias, substratos e revestimentos e a influência desses
aspectos sobre a usinabilidade durante o torneamento dos aços inoxidáveis. Os resultados
apontam para uma maior dificuldade no torneamento dos aços austeníticos devido à sua baixa
condutividade térmica, tendência ao encruamento em condições severas e formação de
cavacos longos. Os mecanismos de desgaste mais frequentes na usinagem dos aços
inoxidáveis foram aderência e arrastamento, abrasão e difusão. No caso particular dos aços
martensíticos, o mecanismo de desgaste por deformação sob tensão de compressão apresentou
maior relevância devido à elevada dureza desta classe. Para os aços duplex e austeníticos, a
presença de APC foi observada em uma extensa faixa de velocidades de corte. O torneamento
dos aços martensíticos apresentou elevadas forças de usinagem, associada à alta dureza dessa
classe. Os aços inoxidáveis duplex, que possuem maiores teores de Ni e Cr, além de elevados
valores de tensão de ruptura, dureza, também apresentaram elevada força de usinagem. O
emprego de fluido de corte auxiliou na redução da temperatura de usinagem e o método
criogênico mostrou melhor eficiência que os demais em razão do modo de aplicação de N2
diretamente na zona de corte. Quanto à integridade superficial, o aumento do avanço resultou
em uma maior rugosidade para todas as classes investigadas. As mudanças microestruturais
observadas durante o torneamento dos aços inoxidáveis estão associadas às altas temperaturas
e à elevada deformação. O aumento do avanço e da profundidade de usinagem provocou o
encruamento e a elevação da microdureza dos aços austeníticos, enquanto o aumento da
temperatura e da deformação do material contribuiu para o surgimento de tensões residuais
trativas que, por suas vezes, afetam de forma negativa a resistência à fadiga mecânica.
Abstract
Stainless steels are widely used in daily life in domestic and industrial items and
are considered difficult to machine materials due to characteristics such as: high ductility, low
thermal conductivity, formation of long chips and a tendency to form built-up edge. This
work presents the state of the art on the influence of chemical composition and both physical
and mechanical properties of stainless steels on their machinability, specifically in the turning
operation. It is intended to identify the most suitable machining conditions in terms of
machinability (considering tool life and wear, surface finish, process forces, cutting
temperature and subsurface alterations). Results obtained with the use of tools with different
geometries, substrates and coatings are also evaluated. The results point to a greater difficulty
in turning austenitic stainless steels due to their low thermal conductivity, strong tendency to
hardening and formation of long chips. The most frequently observed wear mechanisms were
attrition, abrasion and diffusion. Due to the high hardness of martensitic stainless steels,
deformation under compression was the most relevant wear mechanism. For duplex and
austenitic steels, the presence of built-up edge was observed in a wide range of cutting speeds.
Turning of martensitic stainless steels promoted high process forces, associated with the high
hardness of this grade. Duplex stainless steels that have higher Ni and Cr amounts and
elevated values of tensile strength and hardness also presented high process forces. The use of
cutting fluid helped to reduce machining temperature and the cryogenic method showed best
efficiency due to the direct application of N2 in the cutting zone. With regard to surface
integrity, the increase in feed resulted in higher surface roughness for all grades.
Microstructural changes in stainless steels are associated with high temperatures and high
deformation during turning. The increase in feed and depth of cut in austenitic steels caused
work hardening and the increase of microhardness, while the increase in temperature and
material deformation contributed to the induction of tensile residual stresses, which negatively
affect the fatigue life.
Assunto
Engenharia mecânica, Aço inoxidável, Torneamento, Usinabilidade
Palavras-chave
Aços inoxidáveis, Usinabilidade, Torneamento