Trata do estudo experimental da energia específica de corte e sua relação com parâmetros de usinagem, características geométricas e tribológicas das ferramentas, e material da peça usinada. Dentre as variáveis investigadas são destaques a profundidade de usinagem, velocidade de corte, raio de ponta, geometria de quebra-cavaco, tipo de revestimento das ferramentas, dureza, microestrutura e composição química do material da peça. Os seguintes materiais foram empregados nos ensaios: aços SAE 1213, 1020, 1045, ASTM H13 recozido e temperado, e liga de alumínio 2024. As medições de energia específica foram realizadas em uma máquina Charpy instrumentada por meio de um dinamômetro piezelétrico e um encoder ótico rotacional. Vários resultados puderam ser comparados aos obtidos em torno e centro de usinagem CNC devidamente instrumentados. Testes na condição HSM foram implementados nas máquinas-ferramentas. Todas as variáveis pesquisadas mostraram exercer influência sobre a energia específica. O aumento da profundidade de usinagem em 2,3 vezes causou diminuição da energia específica em 21%, na usinagem da liga de alumínio 2024. A elevação da velocidade de corte em torno de 70% conduziu a uma queda da energia específica de 24% para o aço SAE 1020. A geometria da ferramenta influiu mais decisivamente na energia específica sob velocidades de corte convencionais que na condição HSM. Pequenas variações na geometria do quebra-cavaco dos insertos causaram diminuição da energia específica de até 29%, para velocidade de corte convencional, e de 14% para HSM, na usinagem do aço H13 temperado. Diversos resultados de energia específica de corte medidos pelo ensaio Charpy proposto por este trabalho apresentaram boa concordância com os valores equivalentes fornecidos pela literatura científica / This thesis presents an experimental study about the specific cutting energy and its relation with cutting parameters, geometrical and tribological characteristics of tools, and workpiece material. Depth of cut, cutting speed, tool nose radius, chip-breaker geometry, tool coating, hardness, microstructure and chemical composition of the workpiece material are some investigated variables. The following workpiece materials were tested: SAE 1213, 1020, 1045, annealed and tempered ASTM H13 steels, and 2024 aluminum alloy. The specific cutting energy values were measured by using a Charpy machine instrumented through piezoelectric dynamometer and incremental optical encoder. Several results could be compared to ones from instrumented CNC lathe and machining center. Tests under HSM condition were carried out in machine-tools. All researched variables have influence over specific cutting energy. The depth of cut rise in 2.3x caused a decrease of specific cutting energy around 21% when machining 2024 aluminum alloy. The elevation of the cutting speed about 70% leaded to reduction of specific cutting energy around 24% when machining SAE 1020 steel. The tool geometry present more influence on specific cutting energy under conventional cutting speed than at high speed cutting. Small variations of tool chip-breaker geometries caused diminution of the specific cutting energy up to 29% for conventional cutting speed, and 14% on average for HSM condition when machining tempered ASTM H13 steel. Various specific cutting energy results obtained from the Charpy test proposed by this work presented a good concordance with equivalent ones provided by scientific literature

Trata do estudo experimental da energia específica de corte e sua relação com parâmetros de usinagem, características geométricas e tribológicas das ferramentas, e material da peça usinada. Dentre as variáveis investigadas são destaques a profundidade de usinagem, velocidade de corte, raio de ponta, geometria de quebra-cavaco, tipo de revestimento das ferramentas, dureza, microestrutura e composição química do material da peça. Os seguintes materiais foram empregados nos ensaios: aços SAE 1213, 1020, 1045, ASTM H13 recozido e temperado, e liga de alumínio 2024. As medições de energia específica foram realizadas em uma máquina Charpy instrumentada por meio de um dinamômetro piezelétrico e um encoder ótico rotacional. Vários resultados puderam ser comparados aos obtidos em torno e centro de usinagem CNC devidamente instrumentados. Testes na condição HSM foram implementados nas máquinas-ferramentas. Todas as variáveis pesquisadas mostraram exercer influência sobre a energia específica. O aumento da profundidade de usinagem em 2,3 vezes causou diminuição da energia específica em 21%, na usinagem da liga de alumínio 2024. A elevação da velocidade de corte em torno de 70% conduziu a uma queda da energia específica de 24% para o aço SAE 1020. A geometria da ferramenta influiu mais decisivamente na energia específica sob velocidades de corte convencionais que na condição HSM. Pequenas variações na geometria do quebra-cavaco dos insertos causaram diminuição da energia específica de até 29%, para velocidade de corte convencional, e de 14% para HSM, na usinagem do aço H13 temperado. Diversos resultados de energia específica de corte medidos pelo ensaio Charpy proposto por este trabalho apresentaram boa concordância com os valores equivalentes fornecidos pela literatura científica / This thesis presents an experimental study about the specific cutting energy and its relation with cutting parameters, geometrical and tribological characteristics of tools, and workpiece material. Depth of cut, cutting speed, tool nose radius, chip-breaker geometry, tool coating, hardness, microstructure and chemical composition of the workpiece material are some investigated variables. The following workpiece materials were tested: SAE 1213, 1020, 1045, annealed and tempered ASTM H13 steels, and 2024 aluminum alloy. The specific cutting energy values were measured by using a Charpy machine instrumented through piezoelectric dynamometer and incremental optical encoder. Several results could be compared to ones from instrumented CNC lathe and machining center. Tests under HSM condition were carried out in machine-tools. All researched variables have influence over specific cutting energy. The depth of cut rise in 2.3x caused a decrease of specific cutting energy around 21% when machining 2024 aluminum alloy. The elevation of the cutting speed about 70% leaded to reduction of specific cutting energy around 24% when machining SAE 1020 steel. The tool geometry present more influence on specific cutting energy under conventional cutting speed than at high speed cutting. Small variations of tool chip-breaker geometries caused diminution of the specific cutting energy up to 29% for conventional cutting speed, and 14% on average for HSM condition when machining tempered ASTM H13 steel. Various specific cutting energy results obtained from the Charpy test proposed by this work presented a good concordance with equivalent ones provided by scientific literature

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-03-31Bitstream added on 2014-06-13T19:55:32Z : No. of bitstreams: 1 nogueira_fc_me_ilha.pdf: 11300968 bytes, checksum: d1398bf3ab23244ed728edf3d9404283 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O ensaio de impacto Charpy convencional é um ensaio mecânico consagrado no meio científico e industrial. Sua função é determinar a energia total absorvida para causar a fratura completa de um corpo-de-prova entalhado, padronizado segundo a norma ASTM E?23. Entretanto, a energia global absorvida possui um valor de uso muito limitado. Ela normalmente não é aceita como um indicador quantitativo da resistência à fratura do material. Assim, através da instrumentação adequada, pode-se aumentar a quantidade de informações obtidas a partir do ensaio de impacto Charpy clássico. No presente trabalho, estudou-se a influência do raio de ponta do entalhe, do tipo de carregamento e da microestrutura dos corpos-de-prova no processo à fratura dinâmica do aço ABNT-4340 a partir do ensaio Charpy Instrumentado. As diferentes condições microestruturais foram resultantes de diferentes condições de tratamentos térmicos: como-recebido, como-temperado e revenido nas seguintes temperaturas: 473K, 573K, 673K e 773K. Para cada microestrutura foram confeccionados corpos-de-prova com dois tipos de raio de ponta - pré-trincado e entalhe arredondado (0,25mm). Os corpos-de-prova assim preparados foram submetidos ao ensaio Charpy Instrumentado e tiveram seus sinais digitalizados. O sinal capturado com tal cadeia de medição foi utilizado na determinação dos valores de tenacidade à fratura dinâmica. Os resultados experimentais foram obtidos através dos ensaios de dureza, monotônicos (em três pontos), dinâmicos (Ensaio de Impacto Charpy). Os ensaios de dureza foram realizados com objetivo de ratificar a qualidade dos tratamentos térmicos. Os ensaios monotônicos servirão como referências para auxiliar o entendimento dos dados obtidos com os ensaios dinâmicos. / The proof of conventional impact Charpy is a mechanic proof consecrated in scientific in industry. Its function is determinate the absorb total energy in order to the complete fracture in a indented proof body, standardized according to the ASTM E- 23 pattern. Therefore, the absorb global energy has a very limited value. It is not accepted a quantities indicator of resistance to the matter fracture. Thus, though adequate instrumentation, it can increase the quantity of information obtained from the proof of the classic impact Charpy. In this paper, we intend to study the influence of the ray of intende tip, of the loading type and of the microstructure of proof bodies in process the fracture of the structural steel ABNT-4340 from the instrumented proof Charpy. The different microstructure conditions are resulted of different conditions of thermal treatments: drawgeting, draw tempering, drawing in following temperatures: 473 K, 573 K, 673 K and 773 K. For each microstructures prepared proof body with two types of tip ray - sharp rack and rounding indented (0,25 mm). Proof bodies prepared this way are submitted the instrumented proof Charpy and have your signal digitalized. The signal capturing with such ranger of measurement will de used in determination of values of toughness to dynamic fracture. The experimental result were obtained through the rehearsals of hardness, almost-static (in three points), dynamic (instrumented proof Charpy). The rehearsals of hardness were accomplished with objective of ratifying the quality of the thermal treatments. The rehearsals almost-static will serve as references for to aid the understanding of the data obtained with the dynamic rehearsals.

O presente trabalho visou determinar a tenacidade à fratura dinâmica, KID, primeiramente pelos conceitos da Mecânica da Fratura Elástica Linear (MFEL) e posteriormente pela Mecânica da Fratura Elasto-Plástica (MFEP), JID, em materiais que em operação podem estar sujeitos a impactos em diferentes temperaturas. Os materiais estudados, de uso na indústria aeronáutica, foram uma liga de titânio Ti6Al4V (norma SAE AMS 4911), na condição recozida e uma liga de aço inoxidável PH 15-5 (norma SAE AMS 5659), na condição H1000. Os corpos de prova pré-trincados e entalhados foram retirados nas orientações L-T e L-S, a fim de que fossem determinadas e comparadas a relação tenacidade/densidade ou tenacidade específica dos materiais estudados. Em seguida os corpos de prova foram ensaiados sob condições de carga dinâmica em uma máquina de ensaio Charpy instrumentado, marca Instron-Wolpert PW30, conforme a norma ASTM-E23, com velocidade de carregamento de 5,52 m/s e nas temperaturas de 23 e 400ºC. Os valores das tenacidades, posteriormente comparados e correlacionados, foram obtidos de acordo com as expressões matemáticas mencionadas na literatura. A razão entre as energias estimadas de iniciação (Ei) e de propagação (Ep), (Ei/Ep), foi obtida a partir dos gráficos de carga-deslocamento x tempo. A determinação e caracterização dos aspectos macro e microscópicos da fratura foram realizadas através de microscopia ótica e de varredura. Em seguida, confrontaram-se os valores e os aspectos preponderantes dos mecanismos de fratura apresentados por cada material. / The present work aimed to evaluate the dynamic fracture toughness, KID, firstly using the Linear Elastic Fracture Mechanics parameter, (LEFM), and secondly using the Elasto-Plastic Fracture Mechanics (EPFM), JID. The materials used in this work are from aeronautic grade and are subjected to in service impact loads and temperature variation. The materials are a titanium alloy Ti6Al4V (standard SAE AMS 4911), in the annealed condition and a PH 15-5 stainless steel (standard SAE AMS 5659), H1000 condition. Both precracked and notched specimens were taken in the L-T and L-S directions, for the evaluation and comparison of the toughness/density ratio, i. e., the specific dynamic fracture toughness of the materials studied. Therefore, the specimens were tested under dynamic load using an Instron-Wolpert PW30 Instrumented Charpy Equipment, following the ASTM-E23 standard, with load speed of 5,52 m/s at 23 and 400ºC. The fracture toughness values were compared using mathematical expression from literature. The ration between the initiation (Ei) and propagation (Ep) energies, (Ei/Ep), was obtained from the load-displacement x time. The characterization of the macro and microscopic aspects of the fracture mechanisms were carried out using optical microscope and scan electronic microscope. The fracture toughness values and the fractographic observations were correlated and compared for the two materials studied.

O presente trabalho visou determinar a tenacidade à fratura dinâmica, KID, primeiramente pelos conceitos da Mecânica da Fratura Elástica Linear (MFEL) e posteriormente pela Mecânica da Fratura Elasto-Plástica (MFEP), JID, em materiais que em operação podem estar sujeitos a impactos em diferentes temperaturas. Os materiais estudados, de uso na indústria aeronáutica, foram uma liga de titânio Ti6Al4V (norma SAE AMS 4911), na condição recozida e uma liga de aço inoxidável PH 15-5 (norma SAE AMS 5659), na condição H1000. Os corpos de prova pré-trincados e entalhados foram retirados nas orientações L-T e L-S, a fim de que fossem determinadas e comparadas a relação tenacidade/densidade ou tenacidade específica dos materiais estudados. Em seguida os corpos de prova foram ensaiados sob condições de carga dinâmica em uma máquina de ensaio Charpy instrumentado, marca Instron-Wolpert PW30, conforme a norma ASTM-E23, com velocidade de carregamento de 5,52 m/s e nas temperaturas de 23 e 400ºC. Os valores das tenacidades, posteriormente comparados e correlacionados, foram obtidos de acordo com as expressões matemáticas mencionadas na literatura. A razão entre as energias estimadas de iniciação (Ei) e de propagação (Ep), (Ei/Ep), foi obtida a partir dos gráficos de carga-deslocamento x tempo. A determinação e caracterização dos aspectos macro e microscópicos da fratura foram realizadas através de microscopia ótica e de varredura. Em seguida, confrontaram-se os valores e os aspectos preponderantes dos mecanismos de fratura apresentados por cada material. / The present work aimed to evaluate the dynamic fracture toughness, KID, firstly using the Linear Elastic Fracture Mechanics parameter, (LEFM), and secondly using the Elasto-Plastic Fracture Mechanics (EPFM), JID. The materials used in this work are from aeronautic grade and are subjected to in service impact loads and temperature variation. The materials are a titanium alloy Ti6Al4V (standard SAE AMS 4911), in the annealed condition and a PH 15-5 stainless steel (standard SAE AMS 5659), H1000 condition. Both precracked and notched specimens were taken in the L-T and L-S directions, for the evaluation and comparison of the toughness/density ratio, i. e., the specific dynamic fracture toughness of the materials studied. Therefore, the specimens were tested under dynamic load using an Instron-Wolpert PW30 Instrumented Charpy Equipment, following the ASTM-E23 standard, with load speed of 5,52 m/s at 23 and 400ºC. The fracture toughness values were compared using mathematical expression from literature. The ration between the initiation (Ei) and propagation (Ep) energies, (Ei/Ep), was obtained from the load-displacement x time. The characterization of the macro and microscopic aspects of the fracture mechanisms were carried out using optical microscope and scan electronic microscope. The fracture toughness values and the fractographic observations were correlated and compared for the two materials studied.