Foram produzidas camadas de carbonetos por meio do tratamento termorreativo de difusão (TRD) em quatro ferros fundidos nodulares: um sem elemento de liga e outros três ligados com Cu, Cu-Ni e Cu-Ni-Mo, respectivamente; e um ferro fundido vermicular. O banho era composto por borato de sódio, alumínio, ferro-nióbio e/ou ferro-vanádio, a 1000 °C com tempo de permanência de tratamento de 2 horas. Realizou-se austêmpera, a partir dessa temperatura, em banho de sal fundido a 300 °C. As amostras foram caracterizadas por meio de microscopias óptica e MEV, EDS, DRX, ensaios de durezas Brinell e Vickers, Daimler-Benz Rockwell-C, ensaios de desgaste microadesivo, do tipo esfera fixa, e de corrosão por meio de ensaios de polarização potenciodinâmica. Os tratamentos TRD foram altamente eficientes para a produção de camadas de carbonetos uniformes e com boas aderências aos substratos, em todos os ferros fundidos em estudo. O ferro fundido nodular não ligado apresentou os menores valores de espessuras para as camadas produzidas de carbonetos simples de nióbio e de vanádio, tendo ocorrido um aumento dessas espessuras com a adição dos elementos de liga Cu e Cu-Ni, com exceção do Mo. As camadas apresentaram durezas acima de 2300, 2500 e 3050 HV para os casos dos carbonetos de Nb, V e Nb-V, respectivamente. As resistências ao desgaste das amostras foram aumentadas de 5 a 35x em relação aos substratos austemperados. As camadas apresentaram resistências a corrosão muito superiores as dos substratos, indicando a grande eficácia do tratamento TRD para todos os materiais estudados. Os compostos produzidos, constituídos por um substrato otimizado e de camadas de elevados desempenhos tribológicos, tornam-no altamente indicado para as condições severas de uso. / Carbide layers were produced by thermo-diffusion treatment (TRD) in four nodular cast irons: one without alloying element and the other three bonded with Cu, Cu-Ni and Cu-Ni-Mo, respectively; and a vermicular cast iron. The bath was composed of sodium borate, aluminum, iron-niobium and/or iron-vanadium, at 1000 °C with treatment time of 2 hours. The austempering treatment was carried out at 300 °C for 4 hours in a molten salt bath. The samples were characterized by optical microscopy and SEM, EDX, XRD, Brinell and Vickers hardness tests, Daimler-Benz Rockwell-C, microadhesive wear test (fixed ball type) and corrosion tests using potentiodynamic polarization. The TRD treatments were highly efficient for the production of uniform carbide layers with good adhesion to the substrates in all cast irons under study. Non-alloyed nodular cast iron presented the lowest thickness values for the layers produced from simple niobium and vanadium carbides, with an increase in these thicknesses with the addition of Cu and Cu-Ni alloys, with the exception of Mo. The layers achieved hardness above 2,300, 2,500 and 3,050 HV for the carbides of Nb, V and Nb-V, respectively. The wear resistance of the samples was increased from 5 to 35x in relation to the austempered substrates. The layers presented corrosion resistance far superior if compared to those of the substrates, indicating the great effectiveness of the TRD treatment for all the studied materials. The compounds, consisting of an optimized substrate and layers of high tribological performances, makes it highly suitable for severe conditions of use.

Esse trabalho foi desenvolvido no escopo de um projeto de parceria entre o ITA e uma empresa brasileira produtora de blocos de motores. O objetivo desse trabalho se constituiu em analisar o processo de brunimento dos cilindros de um bloco V8 feito em ferro fundido de grafita compacta (CGI), estabelecendo as principais relações entre os parâmetros de entrada e o resultado do processo. A aplicação desse material em blocos de motores visa possibilitar um aumento da pressão interna de combustão, reduzindo assim a emissão de poluentes, além de possibilitar uma redução significativa no peso do motor. O brunimento é um processo de usinagem com geometria não-definida que visa obter cilindros com baixíssimos erros de forma e superfícies com qualidades especiais, como a superfície de platô que é ideal retenção de finas camadas de óleo. O CGI é um ferro com resistência mecânica superior ao ferro fundido cinzento e por esse motivo apresenta alguns desafios em seus processos de usinagem. Esse trabalho pretende então fornecer uma base de informações sobre a interação entre o processo e o material, e assim permitir avanços tecnológicos na linha de produção. Durante essa pesquisa, alguns resultados foram aplicados na produção e pôde-se alcançar resultados significativos, como o aumento da produção de 2,1 para 7,5 peças/hora com um perceptível aumento da qualidade do produto e do processo.

Um bloco de motor reúne boa parte das operações clássicas de usinagem, e a operação de furação é uma das que apresentam o maior tempo efetivo de corte, apresenta grande influência sobre os custos finais obtenção de tal produto. Uma das formas de reduzir este custo é aumentando a longevidade da ferramenta de corte, pode ser obtido através do uso de fluidos de corte, permitindo controle da temperatura, aumento da refrigeração do sistema e da lubrificação na região de corte, além de auxiliar na remoção de cavacos e particulados. A partir de tais pressupostos, este estudo teve por objetivo, a comparação do desempenho de três fluidos de corte de base vegetal em um ensaio de furação com uma broca de metal duro, sendo usinado um bloco de ferro fundido vermicular utilizado na fabricação de blocos de motores. Para isto, do ponto de vista metodológico, foram realizados ensaios tradicionais do tempo de vida da ferramenta com a análise de tempo de vida da broca em furos contínuos. Os critérios aplicados nos ensaios foram: o tempo de vida da broca em furos contínuos com profundidade definida, em percurso de material removido, até atingir a marca de desgaste de flanco (VB) limítrofe; análise dos cavacos quanto à forma e coloração durante o ensaio; as análises das propriedades químicas e microbiológicas dos fluidos de corte durante o processo de usinagem, obtendo-se uma avaliação dos riscos à saúde humana e ao meio ambiente.

Em todo momento novas tecnologias são desenvolvidas em diversas áreas de aplicação. Muitas destas novas tecnologias são focadas não só na resolução de problemas específicos, mas também na redução dos impactos causados ao meio ambiente. Os motores com combustão interna são comprovadamente grandes responsáveis por parte da poluição no meio ambiente, por isso são desenvolvidas pesquisas com o objetivo de melhorar seu rendimento e, ao mesmo tempo, reduzir os níveis de poluição gerados pelos mesmos. O ferro fundido vermicular (CGI) utilizado nos blocos de motores diesel é um recente desenvolvimento que permite a obtenção de melhor desempenho associado à menor emissão de poluentes e operação mais silenciosa. Em contra partida, o ferro fundido vermicular têm usinabilidade inferior aos materiais freqüentemente utilizados para esta finalidade. Por este motivo este trabalho foca no fresamento frontal de acabamento no ferro fundido vermicular, analisando tempo de vida de diferentes materiais de ferramentas de corte, como metal duro, cerâmica e CBN, e o acabamento superficial gerado por eles. Entre outros resultados encontrados neste trabalho, conclui-se o metal duro com ângulo de posição maior apresente maior tempo de vida para os parâmetros testados.

Orientador: Marcos Valerio Ribeiro / Resumo: The development of new materials is extremely important, due to the need to obtain materials with good properties and low cost. There is a continuing need to improve tools for machining materials that have high strength at elevated temperatures that meet the vermicular cast iron. Small advances in the development of new tools could mean important aspects in the field of machining, in addition to making the market more competitive. The set of production and application of ceramic cutting tools in the machining processes of vermicular cast iron (GJV450) needs further advances, being an object of great industrial interest. In this context, the present work determined the best application condition of the ceramic tools based on Alumina (Al2O3), doped with magnesium oxide (MgO) on a laboratory scale, in the machining without cutting fluid of the vermicular iron class GJV450 in comparison with a commercial carbide tool coated with alumina, based on the need for machining vermicular cast iron in industries and foundries. For turning vermicular cast iron with a ceramic tool, the parameters used were cutting speeds of 300-350-400-450-500-550-600-650 m / min; feed of 0.1-0.3 mm / rev and machining depth of 0.5 -1.0 mm and for the carbide tool, cutting speeds of 150-250-350-450 m / min; feed rate of 0.1-0.3 mm / rev and machining depth of 0.5 -1.0 mm. The previously defined input variables (Vc, f, ap), were correlated with the output variables such as roughness (Ra and Rt), power, acous... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005Bitstream added on 2014-06-13T19:04:58Z : No. of bitstreams: 1 souza_jvc_dr_guara.pdf: 3439864 bytes, checksum: 8f665815b08c108458b7f10749c5f6bb (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Nesse trabalho foram desenvolvidas três composições à base de Si3N4 com quantidades e tipos de aditivos diferentes, com objetivos de desenvolver cerâmicas densas de altas resistências, para posteriores testes como ferramentas de corte na usinagem de torneamento do ferro fundido cinzento, ferro fundido vermicular e a liga Ti-6Al-4V. As composições utilizaram aditivos Y2O3/Al2O3 (10%) e AlN/Y2O3 (15 e 20%), e foram sinterizadas pelo processo de sinterização normal. Em seguida foram caracterizadas quanto as propriedades físicas e mecânicas, apresentando bons resultados. Posteriormente a composição de melhores propriedades (SNYA20), foi transformada em inserto para usinagem de corte de acordo com a norma ISO 1832. Os testes de torneamento foram realizados no ferro fundido cinzento com variações de parâmentros, onde para Vc=300m/min, f=0,32mm/rot e ap=1,00mm, alcançou um comprimento de corte de 6533m, superior aos encontrados em literatura, com diminuição dos desgastes, para maiores Vc e ap. O torneamento da liga Ti-6Al-4V em alta velocidade (Vc=180m/min, f=0,10mm/rot e ap=0,50mm), alcançou comprimento de corte de Lc=466m, para um desgaste VBmax=2,20mm. No torneamento do ferro fundido vermicular, com variações de parâmetros, alcançou resultados superiores aos encontrados na literatura com ferramentas cerâmicas comercial, utilizando Vc=200mm/min, f=0,20mm/rot e ap= 0,50mm, obteve-se comprimento de corte Lc=1658m. Os resultados de usinagem obtidos nesse trabalho estão relacionados com as propriedades e fases obtidas. Entretanto alem dos resultados obtidos essas ferramentas apresentam custo em torno de 50% das comerciais e redução de 17- 20% de custo no processo, devido ao uso de fluido refrigerante e proteção ao meio ambiente. / In this work three compositions to base Si3N4 with amounts and types of different additives had been developed, with objective to develop dense ceramics of high strength to possible test as cutting tools in turning of gray cast iron, compacted graphite iron and titanium alloy (Ti-6Al-4V). The compositions had used additives Y2O3/Al2O3 (10%) and AlN/Y2O3 (15 and 20%), and were sinterized by process normal sintering. After sintering the physical and mechanical properties had been characterized, showing interesting results. Posterior the composition the best properties (SNYA20), was transformed into cutting tools to machining in the stand norm ISO 1832. The turning tests had been carried in gray cast iron with different parameters, where to Vc=300m/min, f=0,32mm/rev and ap=1,00mm, obtained a cut length of 6533m, achieving value superior at found in literature, with important reduction to larger cutting speed and cut depth. The turning of the Ti-6Al-4V alloy in high cutting speed (Vc=180m/min, f=0,10mm/rev and ap=0,50mm), obtained cutting length of Lc=466m, to VBmax=2,20mm. In turning compacted graphite iron, with different parameters, obtained value superior at found in literature, when utilize cutting tools ceramics of commercial materials, using for this Vc=200mm/min, f=0,20mm/rev and ap = 0,50mm. These condition obtained cut length of Lc=1658m. The results achieved in this work have been associated with the important physical and mechanical proprieties and phase of cutting tools. However the results obtained with these cutting tools present lower cost (50%) when compared with commercial cutting tools of similar material e reduction of cost in around 17-20%, because the do not use coolant, beside of protection at environment.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elco da Silva.pdf: 3740304 bytes, checksum: b363ccd0dc2bdce0fadf7011311bf319 (MD5) Previous issue date: 2014-01-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / On the present days much effort has been given in the improvement of the strength of materials used in the automotive industry. And it is a great challenge to machine these materials due to the high machining time cycles and tools. This motivated several studies mainly for the Compacted Graphite Iron. The objective of this work is to evaluate the machinability of compacted graphite iron class 350 compared to compacted graphite iron class 400 and 450 and the grey iron class 300. The CGI 350 is object of study to be applied in cylinder heads. In the machinability of a cylinder head, one of the most important process is milling, which was chosen to evaluate these materials. To perform the tests two types of tools (inserts) were used: carbide and CBN. There were used two cutting speeds (Vc) for the carbide tools and one for the CBN. The machinability criteria used were: maximum tool wear (VBmax), edge wear, the power consumed by the machine tool and the roughness of the surface. The result show that, with the increase of the cutting speed, there is higher tool wear. Also the compacted graphite iron presented lower machinability compared to the grey iron. It is also noted that, with higher percentage of ferrite in compacted graphite iron, there is a higher tool wear. The compacted graphite iron class 450 presented the higher power consumption during milling. This alloy has the greatest strength and hardness among the materials studied. Regarding the surface finish of the materials, the compacted graphite iron class 450 presented the best results evaluated in the beginning and at the end of tool lives for both cutting speeds. / Atualmente trabalha-se muito na melhoria da resistência mecânica dos materiais utilizados na confecção de peças automotivas. E está sendo um desafio para a usinagem realizar seu processo nesses materiais, devido ao alto tempo de usinagem e alto custo com ferramentas de corte. Esta foi uma dificuldade inicial no desenvolvimento de blocos de motor em ferro fundido vermicular, e que motivou uma série de estudos. O objetivo deste trabalho é avaliar a usinabilidade do ferro fundido vermicular classe 350 comparando com o vermicular classe 400 e 450 e o cinzento classe 300. O ferro fundido vermicular classe 350 está sendo estudado para aplicação em cabeçotes de motores. Na usinagem de um cabeçote de motor o processo de fresamento é um dos principais aplicados a esta peça, foi escolhido este processo para realizar a avaliação da usinabilidade nestes materiais. Para a realização dos testes foram utilizados dois tipos de insertos para a ferramenta (fresa), o inserto de metal duro (MD) e o inserto de nitreto cúbico de Boro (CBN). Adotaram-se duas condições de cortes diferentes para o inserto de MD, com o intuito de avaliar o comportamento da usinabilidade com o aumento da velocidade de corte (Vc) e uma condição de corte para o inserto de CBN. Os testes de usinabilidade foram realizados de três formas: avaliação do desgaste de flanco máximo (VBmáx.) do inserto, a potência consumida de corte pelos eixos da máquina durante a usinagem e a avaliação do acabamento da superfície usinada (rugosidade) do corpo de prova. Os resultados mostram que com o aumento da velocidade de corte para ambos os materiais em estudo, há um aumento do desgaste da ferramenta, e que as ligas em ferro fundido vermicular foram as que apresentaram pior usinabilidade quando comparado com o ferro fundido cinzento. Observa-se também que com o aumento de ferrita na matriz das ligas em vermicular ocorreu um maior desgaste da ferramenta. O ferro fundido vermicular classe 450 foi o que causou a maior potência consumida de corte durante a usinagem, sendo esta liga a que possui o maior limite de resistência e a maior dureza entre os materiais estudados. Com relação ao acabamento da superfície usinada, o ferro fundido vermicular classe 450 foi também o que obteve o melhor resultado, tanto na avaliação de início de vida do inserto quanto no fim de vida para ambos os ensaios realizados.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pre-textuais.pdf: 73538 bytes, checksum: 312651a50c92e3fa74c571281d3cdc0e (MD5) Previous issue date: 2010-06-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / During the last years the Compacted Graphite Iron CGI has acquired a growing placein the automobilist industry. It is used to manufacture several automotive parts, such as disk brakes, exhaust manifolds and, mainly, engine cylinder heads and blocks. Its higher strength, compared to grey cast iron, makes possible the manufacturing of cylinder blocks with higher pressure in the combustion chamber, therefore, more efficient and less pollutant. Lighter engines can be manufactured because of the thinner walls required. On the other hand, the Compacted Graphite Iron brings technological challenges for obtaining cast parts and also to machine them, because they normally reduce the tool lives during machining. This work s objective is to research the machinability of different compositions in order to obtain and alloy that can be used as a feasible alternative for manufacturing cylinder heads. The work consists, fundamentally, in the machinability evaluation of three cast iron alloys, Compacted Graphite Iron classes 450 and 350, and Grey Cast Iron class 300, through drilling tests. The machinability criterion used is the tool wear. / Nos últimos anos o ferro fundido vermicular tem conquistado um crescente espaço na indústria automobilística. Destina-se à fabricação de diversas peças automotivas, tais como discos de freio, coletores de escapamento e, principalmente, cabeçotes e blocos para motores. Sua maior resistência mecânica, em relação ao ferro fundido cinzento, possibilita a fabricação de motores com maiores pressões na câmara de combustão, portanto, mais eficientes e menos poluentes. Motores mais leves podem ser fabricados, em função das menores espessuras de parede necessárias. Por outro lado, o ferro fundido vermicular traz consigo desafios tecnológicos tanto para a obtenção da peça fundida quanto para a usinagem, uma vez que, normalmente, provoca redução da vida das ferramentas de usinagem. O presente trabalho objetiva pesquisar a usinabilidade de diferentes composições a fim de obter uma liga que possa ser utilizada como uma alternativa viável para a fabricação de cabeçotes de motor. O trabalho consiste, fundamentalmente, na avaliação da usinabilidade de três ligas de ferro fundido, sendo o vermicular da classe 450, da classe 350 e o cinzento da classe 300, e para tanto foram utilizados ensaios de furação de longa duração. Como critério de usinabilidade considerado foi utilizado o desgaste da ferramenta.

Visto o alto custo gasto nas linhas de usinagem com processos de rebarbação e a crescente demanda na utilização do ferro fundido vermicular, principalmente em motores diesel, este trabalho visou investigar as rebarbas formadas no fresamento de faceamento em uma face similar à face de fogo de um bloco de motor de ferro fundido vermicular FV450. Foram utilizados insertos de metal duro em fresas de facear com 100 mm de diâmetro. Os ensaios foram divididos em duas etapas. Na primeira etapa foi estudada a influência da geometria da ferramenta e a formação da rebarba remanescente. Na segunda etapa foram aplicados os melhores resultados obtidos durante os ensaios da primeira etapa. Um planejamento fatorial completo foi utilizado para a determinação da quantidade de ensaios desta etapa, variando-se a velocidade de corte, o avanço, a profundidade de corte e o desgaste de flanco. A medição da rebarba foi realizada em duas posições diferentes na borda da peça em questão, gerando assim dois ângulos diferentes de saída da ferramenta da peça. Verificou-se que a altura da rebarba foi menor quando se utilizou insertos de geometria mais positiva. O desgaste e o ângulo de saída da peça interferiram de forma significativa no tamanho da rebarba. Também verificou-se a redução da rebarba com o aumento do avanço e da velocidade de corte e com a diminuição da profundidade de corte. Através do software STATISTICA 8.0 foram obtidos os valores dos efeitos principais e das interações, juntamente com o intervalo de confiança e erro padrão. Por fim o planejamento adotado permitiu a elaboração de um modelo empírico capaz de predizer a altura da rebarba. / Since the high cost spent on machining lines with deburring processes and the growing demand in the use of Compacted Graphite Iron (CGI), especially in diesel engines, this work aims to investigate the burr formation mechanisms during face milling of CGI FV450, in a face similar to the combustion face of an engine cylinder block. Carbide inserts were used in a 100 mm of diameter milling cutter. The tests were divided into two stages. In the first stage the following variables were studied: tool geometry and milling with remaining burrs from previous milling. In the second stage, were applied the best results obtained during the tests of the first stage. A Complete Factorial Planning was used to specify the amount of experiments, varying cutting speed, feed rate, cutting depth and the flank wear. The burrs measurement was performed in two different positions of the workpiece exit border, generating two different exit angle from the workpiece. It was found that the burr height was lower with more positive geometry. The wear of the tool and exit angle from the workpiece interfered significantly the burr height. It was observed the decrease of the burr height with the increase of the feed rate and cutting speed and with the decrease of the cutting depth. Through the software STATISTICA 8.0 values were obtained for main effects and interactions, along with confidence intervals and standard error. Finally, the plan adopted allowed the development of an empirical model capable of predicting the burr height.

Motores de combustão interna são submetidos a carregamentos térmicos e mecânicos que podem resultar em trincas devido ao fenômeno de fadiga termomecânica, FTM. Ferros fundidos tem sido uma escolha comum para a fabricação de blocos e cabeçotes de motores a diesel. Para melhorar o desempenho dos motores é importante ter uma compreensão clara do comportamento em FTM destes materiais, permitindo a previsão de vida, melhorando as propriedades de novas ligas, bem como aumentar a confiabilidade desses componentes. Assim, este projeto teve como objetivo avaliar a vida em FTM de dois tipos de ferro fundido usado na fabricação de motores de combustão interna. Os testes foram realizados em um sistema de teste mecânico MTS 810, em controle de deformação com 100% de restrição (Δε = 0), utilizando um forno de indução de alta frequência para aquecimento e um dispositivo de resfriamento (condução e convecção), registrando as tensões e número de ciclos. Os ciclos térmicos aplicados simulam as condições de trabalho, em modo acelerado, de um motor de combustão interna, aplicando um ciclo térmico em forma de uma onda trapezoidal, com temperaturas mínimas e máximas de 50 e 420°C, respectivamente e um tempo de permanência de 180 s na temperatura máxima, e tempo de ciclo total de 300 s. Os resultados mostram que o ferro fundido vermicular apresenta uma vida em FTM maior que o ferro fundido cinzento porque a morfologia dos veios de grafita que atuam como concentradores de tensão no ferro fundido cinzento reduz acentuadamente a sua rigidez durante a tensão trativa, causando a formação de micro trincas em um número menor de ciclos. / Internal combustion engines are subjected to thermal and mechanical loads that may result in cracks due to thermomechanical fatigue phenomenon, TMF. Cast irons have been a common choice for the manufacture of blocks and cylinder heads of diesel engines. To improve the engines performance it is important to have a clear understanding of the FTM behavior of these materials, enabling life prediction, improving the properties of new alloys, as well as increase the reliability of these components. Thus, this project aims to evaluate the TMF life of two types of cast iron used in the manufacture of internal combustion engines. The tests were performed on a MTS 810 mechanical testing system, in displacement control and 100% restriction (Δε = 0), using a highfrequency induction furnace for heating and a cooling device (conduction and convection), recording the stresses, strains and number of cycles. The thermal cycles applied have heating and cooling cycles that simulate the work conditions, in accelerated mode, of an internal combustion engine, applying an trapezoidal wave shape, with minimum and maximum temperatures of 50 and 420°C respectively, and a 180 s dwell time at maximum temperature, and total cycle time of 300 s. The results showed that compact cast iron presents TMF life larger than the gray cast iron because the morphology of graphite flakes in the gray cast iron reduces markedly their rigidity during the traction portion of the tensile part of the cycle, causing the defects formation at smaller number of cycles. The thermomechanical behavior of these two types of cast irons are discussed in detail.