Moldes, matrizes e ferramentas de corte estão sujeitos a altos esforços mecânicos e/ou tensões térmicas que, ao longo do tempo, produzem falhas nestes ferramentais. No processo de fabricação destas ferramentas, existem diversas etapas e, dentre elas, o acabamento superficial da peça influencia na adesão e pode colaborar na incidência de falhas nos revestimentos protetores, que geralmente são aplicados para condições de trabalho extremas. O objetivo deste estudo é analisar o efeito de diferentes abrasivos (lixas de papel e pedras abrasivas) e processos de preparação de superfície (decapagem por esferas de vidro e eletropolimento) nos mecanismos de falhas do revestimento. Amostras de aço AISI H13 foram submetidas a tratamento térmico de têmpera a vácuo e as suas superfícies foram preparadas com diferentes técnicas de polimento e finalmente revestidas com AlCrN por deposição física de vapor (PVD). Os filmes foram caracterizados por difração de raios X (DRX), nanoindentação, ensaios Rockwell, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS) e espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raio X (XPS). Os resultados de DRX mostraram picos de difração típicos do revestimento, sem vestígios do substrato. As indentações Rockwell revelaram diferenças nos modos de falhas do revestimento. As cargas críticas de ensaio (LC) foram avaliadas após o trincamento do revestimento (LC1) e após a delaminação (LC2). Os substratos polidos com a pedra enxofrada apresentaram os valores de LC2 mais baixos quando comparados aos demais sistemas. A análise de EDS, realizada em regiões onde a delaminação ocorreu, revelou a presença de enxofre. O uso da técnica de XPS permitiu corroborar a presença de enxofre e estimar que o conteúdo deste elemento na superfície é de aproximadamente de 16% at. Portanto, a utilização de pedras de enxofradas antes da aplicação de revestimentos PVD não é recomendada e um mecanismo de delaminação é proposto. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-23T11:38:55Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Caroline Luvison.pdf: 3836180 bytes, checksum: f514686629d6653cb2323321aa59c5ce (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-23T11:38:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Caroline Luvison.pdf: 3836180 bytes, checksum: f514686629d6653cb2323321aa59c5ce (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul / Moulds, dies and cutting tools are subject to high mechanical stress and/or thermal stress that, over time, result in failure in such tooling. In the manufacturing process of such tools there are several steps and, among them, surface finishing has an influence in adherence and can generate failures in protective coatings that are generally used under heavy duty conditions. Consequently, the aim of this study is to evaluate the effect of different abrasives (sandpaper and abrasive stone) and different surface preparation processes (glass bead stripping and electropolishing) in the failure mechanisms of the coatings. AISI H13 steel samples were subject to vacuum quenching thermal treatment and the surfaces were prepared with different polishing techniques and finally coated with AlCrN by physical vapour deposition (PVD). The films were characterized by X-ray diffraction (XRD), nanoindentation tests, Rockwell tests, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray induced photoelectron spectroscopy (XPS). XRD results evinced typical diffraction peaks for this coating without traces from the substrate. Rockwell indentations revealed differences in the coating failures modes. The critical loads (LC) in the test were evaluated after coating cracking (LC1) and after delamination (LC2). The substrates polished by sulphur-impregnated grinding stone presented the lowest LC2 values when compared to the other systems. EDS analysis performed in the regions where delamination occurred revealed the presence of sulphur. The XPS technique corroborated the presence of sulphur and was used to estimate that the content of that element in the surface is about 16% at. Thus, the use of sulphur-impregnated grinding stone before the application of PVD coatings is not recommended and a delamination mechanism is proposed.

Moldes, matrizes e ferramentas de corte estão sujeitos a altos esforços mecânicos e/ou tensões térmicas que, ao longo do tempo, produzem falhas nestes ferramentais. No processo de fabricação destas ferramentas, existem diversas etapas e, dentre elas, o acabamento superficial da peça influencia na adesão e pode colaborar na incidência de falhas nos revestimentos protetores, que geralmente são aplicados para condições de trabalho extremas. O objetivo deste estudo é analisar o efeito de diferentes abrasivos (lixas de papel e pedras abrasivas) e processos de preparação de superfície (decapagem por esferas de vidro e eletropolimento) nos mecanismos de falhas do revestimento. Amostras de aço AISI H13 foram submetidas a tratamento térmico de têmpera a vácuo e as suas superfícies foram preparadas com diferentes técnicas de polimento e finalmente revestidas com AlCrN por deposição física de vapor (PVD). Os filmes foram caracterizados por difração de raios X (DRX), nanoindentação, ensaios Rockwell, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS) e espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raio X (XPS). Os resultados de DRX mostraram picos de difração típicos do revestimento, sem vestígios do substrato. As indentações Rockwell revelaram diferenças nos modos de falhas do revestimento. As cargas críticas de ensaio (LC) foram avaliadas após o trincamento do revestimento (LC1) e após a delaminação (LC2). Os substratos polidos com a pedra enxofrada apresentaram os valores de LC2 mais baixos quando comparados aos demais sistemas. A análise de EDS, realizada em regiões onde a delaminação ocorreu, revelou a presença de enxofre. O uso da técnica de XPS permitiu corroborar a presença de enxofre e estimar que o conteúdo deste elemento na superfície é de aproximadamente de 16% at. Portanto, a utilização de pedras de enxofradas antes da aplicação de revestimentos PVD não é recomendada e um mecanismo de delaminação é proposto. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul / Moulds, dies and cutting tools are subject to high mechanical stress and/or thermal stress that, over time, result in failure in such tooling. In the manufacturing process of such tools there are several steps and, among them, surface finishing has an influence in adherence and can generate failures in protective coatings that are generally used under heavy duty conditions. Consequently, the aim of this study is to evaluate the effect of different abrasives (sandpaper and abrasive stone) and different surface preparation processes (glass bead stripping and electropolishing) in the failure mechanisms of the coatings. AISI H13 steel samples were subject to vacuum quenching thermal treatment and the surfaces were prepared with different polishing techniques and finally coated with AlCrN by physical vapour deposition (PVD). The films were characterized by X-ray diffraction (XRD), nanoindentation tests, Rockwell tests, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray induced photoelectron spectroscopy (XPS). XRD results evinced typical diffraction peaks for this coating without traces from the substrate. Rockwell indentations revealed differences in the coating failures modes. The critical loads (LC) in the test were evaluated after coating cracking (LC1) and after delamination (LC2). The substrates polished by sulphur-impregnated grinding stone presented the lowest LC2 values when compared to the other systems. EDS analysis performed in the regions where delamination occurred revealed the presence of sulphur. The XPS technique corroborated the presence of sulphur and was used to estimate that the content of that element in the surface is about 16% at. Thus, the use of sulphur-impregnated grinding stone before the application of PVD coatings is not recommended and a delamination mechanism is proposed.

O presente trabalho analisa as propriedades metalúrgicas de aços ligados para a fabricação de moldes e os seus reflexos na usinabilidade. Os aços em questão são: ISO P20, ISO P50 e ISO P100. Os parâmetros de usinabilidade estudados são: vida de ferramenta com passadas retilíneas, vida de ferramenta por meio de abertura de cavidade, força de corte, avaliação do cavaco e acabamento superficial. Para uma mesma condição de corte, o aço ISO P50 destaca-se no parâmetro de vida de ferramenta. Isto se deve a adição de cálcio, que refina os grãos, e à ausência de cromo em sua composição. O ISO P20, o aço mais tradicional nas ferramentarias, possui cromo em sua liga que, por ser abrasivo à ferramenta de corte prejudicou o resultado da vida de ferramenta. O ISO P100 apresenta carbonitretos em sua liga, elementos altamente duros e abrasivos, porém com pouca tensão residual. A tarefa de seleção do aço não é fácil. Para lançamentos de novos produtos, onde o tempo de lançamento é fundamental, o uso do aço ISO P50, embora custando em média o dobro que o ISO P20, deve ser levado em conta. Para moldes onde há muitos furos e/ou tolerâncias pequenas, o uso do ISO P100 pode ser necessário. Para o caso de produtos já em linha, e que existe a necessidade de substituição de um molde em funcionamento e a um maior tempo de planejamento, o ISO P20 ainda mantém o melhor custo benefício.

Fluidos de corte são utilizados pela indústria metal-mecânica no processo industrial de usinagem, aplicados sempre sobre a interface ferramenta de corte e material da peça. Os principais tipos de fluidos de corte utilizados nos processos de usinagem são os óleos integrais, constituídos basicamente de óleos graxos e óleos minerais, e as emulsões, que são misturas de água com óleos de base vegetal, mineral ou sintética. Para manter a estabilidade de uma emulsão, são utilizados emulgadores que solubilizam na água e, por diferença de polaridade, homogeneízam as gotículas de óleo na mistura. Desse modo, garante-se o aumento da lubricidade, pela presença de óleo, e a capacidade de refrigeração e limpeza de cavacos da região de corte, pela presença de água. O desafio atual é estabelecer os critérios de avaliação de emulsões considerando estabilidades físicas, químicas e bacteriológicas. Em uma primeira análise, considerando apenas o aspecto tecnológico do processo de usinagem, uma emulsão de melhor desempenho pode ser definida como aquela que provoca uma vida útil mais longa da ferramenta de corte sem a respectiva degradação do fluido. Este trabalho teve o objetivo de avaliar o desempenho de fluidos de corte emulsionáveis no processo de fresamento de ligas de alumínio 7050-T7451 a altas velocidades de corte. Os critérios de avaliação foram subdivididos em rendimentos quanto à usinabilidade e características dos fluidos emulsionáveis. Três fluidos foram submetidos a uma bateria de testes de usinagem e laboratórios. Os resultados de usinabilidade demonstraram a significativa influência que o fluido exerce principalmente na vida de ferramenta e no acabamento de superfície usinada e os resultados laboratoriais revelaram o desafio ainda não solucionado de se obter um fluido com alta resistência à degradação e que ao mesmo tempo propiciem a isenção de névoa, espuma e corrosão.

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012