Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:22:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245770.pdf: 6129873 bytes, checksum: 5bdfbc44e3cb91bc1c332d33e0a33dca (MD5) / O bloco de motor é uma das principais peças que compõem o motor de um automóvel. O bloco é uma peça fundida que passa por uma série de processos de usinagem, até que se atendam as tolerâncias de forma e dimensional finais. No bloco a usinagem dos cilindros normalmente é realizada pelos processos de mandrilamento e de brunimento. O mandrilamento dos cilindros geralmente consta de três etapas: desbaste, semi-acabamento e acabamento. Atualmente o ferro fundido vermicular é um material alternativo ao ferro fundido cinzento na fabricação de blocos de motores. O primeiro possui propriedades mecânicas superiores ao último, o que possibilita a construção de motores com maior potência e menor massa. Contudo, o ferro fundido vermicular possui pior usinabilidade, reduzindo a vida da ferramenta em mais de 70% e a produtividade em até 50% no mandrilamento. Este trabalho objetiva estudar o mandrilamento de desbaste de cilindros de bloco em ferro fundido vermicular, através de ensaios realizados com quatro diferentes concepções de ferramentas de mandrilar. Essas diferenças são: a presença ou não de elementos de guias, o número de insertos e o escalonamento dos mesmos. Tal estudo foca o comportamento das ferramentas em relação à qualidade de forma (circularidade, retitude e cilindricidade), à qualidade dimensional, à produtividade e à vida. Nos ensaios foram selecionados parâmetros de corte para mesma produtividade (mesmo avanço) e parâmetros específicos para cada ferramenta. Estes serviram para avaliar o desempenho das ferramentas em relação à produtividade. Este estudo analisou a relação entre as características geométricas das ferramentas de mandrilar sobre as qualidades de forma e dimensional das peças, sobre a vida e a produtividade, e auxiliou no desenvolvimento de ferramentas capazes de reduzir em aproximadamente 50% os tempos de mandrilamento, tomando como referência o tempo praticado anterior aos ensaios.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:15:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345250.pdf: 5540462 bytes, checksum: 49e833688dbef9c6fbdb4d86ae1a874f (MD5) Previous issue date: 2016 / A indústria busca constantemente ganhos em produtividade e redução de custo. Na indústria de usinagem, a produtividade e custo estão ligados a diversos fatores, como mão de obra, equipamentos e ferramentas de corte. No que tange a ferramentas de corte, são mais interessantes as que permitam maiores velocidades de corte, maiores vidas, ou que substituam duas ou mais ferramentas. Nesse contexto, ferramentas com materiais de elevada dureza e resistência ao desgaste vêm ganhando espaço em diversas operações de usinagem, atendendo às vantagens listadas. Um exemplo de aplicação de materiais de elevada dureza é a utilização de PCBN (nitreto de boro cúbico policristalino) em fresamento e torneamento. Todavia, a aplicação de PCBN em furação ainda é pouco explorada. Visando avaliar a viabilidade técnica e econômica da utilização de ferramentas de PCBN para furação, foram realizados testes práticos com brocas de ponta desse material. O material usinado foi o ferro fundido cinzento devido a sua ampla utilização. Utilizaram-se dois conceitos de inserto de PCBN, o full face e integral, que foram brasados na ponta de uma broca de metal-duro com canal reto, fazendo com que os gumes sejam de PCBN. Para comparação, foi realizado teste similar com broca de metal-duro, por ser o material mais empregado para furação de ferro fundido cinzento em produção seriada. Os resultados para ambos os testes são apresentados em termos de vida de ferramenta e qualidade do furo. As comparações entre os diferentes materiais de broca utilizados nesse trabalho indicam que as brocas de inserto de PCBN integral ainda apresentam restrições técnicas e econômicas. Indicam também que as brocas com inserto de PCBN full face, em condições específicas de corte, são viáveis tecnicamente, pois geram furos com elevada qualidade e apresentam vidas de ferramenta intermediárias. A aplicação dos insertos full face se mostra viável economicamente, caso seja possível, de acordo com a exigência de qualidade do furo, substituir a operação de furação com broca de metal-duro e operações sequentes de acabamento.<br> / Abstract : The industry constantly seeks gains in productivity and cost reduction. In the machining industry, productivity and cost are related to several factors, such as labor, equipment and cutting tools. Regarding to cutting tools, the most interesting ones are those which allow higher cutting speeds, larger tool life, or to replace two or more tools. In this context, tools with high hardness and wear resistance have been gaining ground in several machining operations, taking into account the advantages listed. An example of application of high hardness is the use of PCBN (polycrystalline cubic boron nitride) in milling and turning. However, the application of PCBN in drilling still is poorly explored. Aiming to evaluate the technical and economic viability of using PCBN tools for drilling, practical tests were carried out with drills tipped with this material The machined material was gray cast iron because of its wide use. In the tests was used two concepts insert PCBN, the full face and solid, which were brazed on the top of a carbide straight flute drill, becoming the cutting edge formed of PCBN. For comparison, we performed a similar test with carbide drill, due to be the most used material for drilling gray cast iron in mass production. The results for both tests are presented in terms of tool life and hole quality. The comparisons between different materials drill used in this work indicate that solid PCBN insert drills still have technical and economic constraints. Also indicates that PCBN full face insert drills, in specific cutting conditions are technically feasible, because they generate holes with high quality and intermediate tool lives. The application of full face inserts has proved economically viable if, according to the demand for hole quality, replace the drilling operation with carbide drill and subsequent finishing operations.

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2007 / Bibliografia: f. [89]-93 / A utilização do ferro fundido vermicular, também conhecido como compated graphite iron (CG), vem se destacando na indústria automobilística mundial principalmente na fabricação de blocos e cabeçotes de motores a diesel para veículos leves. Isto se deve ao / Compacted graphite iron (CGI) has been an increasing demand by the automoile industry. Its widespread use is due to emissions legislation and the requiement for higher performance from smaller diesel engines. CGI shows itself as an ideal material to repla

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2003 / Inclui bibliografia / Ferros fundidos nodulares, obtidos por fundição contínua, apresentam uma matriz de variáveis que estão relacionadas entre si. As principais variáveis que determinam a microestrutura dos ferros fundidos nodulares são: a taxa de resfriamento, a composição / The microstructure and the mechanical behavior of continuous casting bars was studied in this research project. The bars are produced in ductile iron according ASTM 65-45-12. In order to establish the effect of the cooling rate in the microstructure, bars

O uso de revestimentos na furação de metais tem o potencial de aumentar a resistência da ferramenta a temperaturas maiores, além de possibilitar a redução ou eliminação do uso de lubrificantes, reduzindo o impacto ambiental. No presente trabalho foram realizados revestimentos do tipo AlCrN e TiAlN, todos monocamada, via PVD em brocas de aço rápido AISI M2. As brocas foram testadas em ensaios de furação em cheio, a seco (sem lubrificação), no ferro fundido GGG 50 com matriz ferrítica. Foram realizados ensaios empregando-se como parâmetro de quantificação do desgaste, o valor de VBMax, para brocas revestidas e não revestidas. Os parâmetros de corte trabalhados foram: velocidade de corte e avanço. Foi avaliado o comprimento usinado, entre brocas com e sem revestimento. Ensaios de adesão dos revestimentos das brocas foram realizados, além da análise de desgaste e composição química dos materiais. Os resultados mostram a influência da velocidade de corte e avanço em brocas revestidas no desgaste de flanco máximo VBmáx. A presença do desgaste por adesão mostrou-se evidente neste trabalho, porém não contribuíndo para aumento significativo do desgaste de flanco VBMax. Os testes realizados mostram que as aplicações de revestimentos aumentam a vida, em proporções significativas, das ferramentas testadas. As análises de tipo de desgaste predominante durante os ensaios de furação mostram o desgaste por abrasão como responsável por boa parte do fim de vida das ferramentas, seguido de um pequeno índice de adesão, em virtude da matriz predominante no ferro fundido nodular. / The use of coatings on metals drilling has the potential to increase the strength of the tool at higher temperatures and, besides enables the reduction or elimination of the use of lubricants reducing the environmental impact. In the present paper were performed coatings like TiAlN and AlCrN, all monolayer through PVD over drills HSS AISI M2. The drills were tested in essays full drilling, dry (without lubrication), in the cast iron GGG 50 with ferritic matrix. Essays were performed employing as the wear parameter, the value of VBMax for coated and uncoated drill. The input parameters of the experiments were: cutting speed and feed rate, and was evaluated the length machined between coated and uncoated drills. Adhesion tests of the coatings of drills have been performed, besides the analysis of wear and chemical composition of the materials. The results showed the influence of cutting speed and feed on drills coated in maximum flank wear VBmáx. The presence of adhesive wear was evident in this work, but not contributing to a significant increase in flank wear VBMax. It was verified that the coatings applications increase the life of the tools tested, in significant proportions. The analysis of the predominant wear type during drilling tests show the abrasive wear is responsible for much of the end of tool life, followed by a low rate of adhesion by virtue of predominant matrix nodular cast iron.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:15:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328331.pdf: 8898142 bytes, checksum: 282de8f7910bbb16c42abbc005bdb069 (MD5) Previous issue date: 2014 / Os carbonetos primários, presentes em ligas hipereutéticas de ferro fundido branco de alto cromo são responsáveis pela elevada resistência ao desgaste e baixa tenacidade. A possibilidade de diminuir o tamanho (refinar) de tais carbonetos, mantendo-se a fração volumétrica, implicaria em maior resistência ao desgaste e maior tenacidade. Extensa revisão bibliográfica indica que a literatura relativa ao refino de tais ligas é bem menos numerosa e menos fundamentada cientificamente que aquela relativa ao refino de alumínio e suas ligas. Por exemplo, nos textos de refino de ferro branco hipereutético, os poucos refinadores estudados pela literatura não foram selecionados de modo racional. No presente trabalho, investigou-se a possibilidade de se utilizar dos critérios utilizados no refino de ligas de alumínio (desajuste planar e fator de restrição ao crescimento) para selecionar candidatos ao refino de ferros fundidos de alto cromo hipereutéticos. Verificou-se que não é possível utilizar o critério do fator de restrição ao crescimento, em ferros fundidos, face à indisponibilidade dos diagramas necessários ao uso de tal critério. Todavia, mediante uso do critério de desajuste planar, foi possível selecionar alguns candidatos (FeSi, FeSiMg, FeTi, CaSi e Al) à inoculantes dos carbonetos primários M7C3, sendo que FeTi apresentou maior número de planos cristalinos com desajustes planares (para M7C3) abaixo de 12% e CaSi apresentou o segundo maior número de planos cristalinos com desajustes planares abaixo de 12%. Confirmou-se, conforme literatura, que o FeTi não atua propriamente como refinador de carbonetos primários, mas como consumidor de C, alterando a composição da liga inicialmente hipereutética para eutética ou hipoeutética. Dentre os candidatos, constatou-se que o CaSi apresenta maior efeito refinador, reduzindo o comprimento máximo dos carbonetos primários de 3300 um para 300 um (10 vezes) na região da periferia de amostras cilíndricas de 50 mm de diâmetro. Constatou-se que o uso de CaSi gera carbonetos primários M7C3 que contém em seu núcleo compostos a base de O, Al, S e Ca e que o mecanismo de refino é pela presença de substratos favoráveis à nucleação. Não se constatou presença de empilhamento de soluto na interface matriz-carboneto primário, indicando que o CaSi não atua na restrição ao crescimento. Constatou-se que o uso de CaSi reduz o fator de forma (comprimento/largura) dos carbonetos, tornando-os mais equiaxiais e, que adições na panela até 2,0% CaSi maximizam o efeito de refino nos carbonetos na periferia da amostra. Adições de CaSi no molde são mais eficazes que na panela de vazamento e o uso de granulometrias de CaSi abaixo daquelas fornecidas pelo mercado não aumentam a eficácia de refino. Constatou-se ainda que há perda de eficiência de inoculação quando o tempo decorrido entre a adição de CaSi na panela e o vazamento é superior a 6 minutos. Finalmente, constatou-se que o refino dos carbonetos primários M7C3 resultou em pequeno aumento da dureza do material, mas um grande aumento na resistência ao desgaste abrasivo.<br> / Abstract : The primary carbides present in hypereutectic alloys of high chromium white cast irons are responsible for the high wear resistance and low toughness. The possibility of reducing the size (refining) of such carbides, keeping the volume fraction unchanged, may imply higher wear resistance and higher toughness. Extensive review on cast irons indicates that the literature on the refining of such alloys is much less numerous and less scientifically relative to that on the refining of aluminum and its alloys. For example, in the refining of hypereutectic white irons, the few refiners studied in the literature were not selected in a rational way. In the present study, the possibility of using the criteria for the refining of aluminum alloys (planar misfit and growth restriction factor) was investigated to select candidates for the refining of hypereutectic high chromium white irons. It was found that it is not possible to use the criterion of growth restriction in cast irons, due to the unavailability of the necessary diagrams required for such a criterion. However, using the planar misfit criterion, it was possible to select some candidates (FeSi FeSiMg, FeTi, CaSi, and Al) to the inoculants of primary M7C3 carbides, where FeTi had a greater number of crystal planes with planar misfit (for M7C3) below 12% and CaSi had the second largest number of crystal planes with planar misfit below 12%. It was confirmed, as cited in the literature, that the FeTi does not act properly as a refiner of primary carbides, but as a consumer of C, changing thereby the alloy composition from hypereutectic to eutectic or hypoeutectic. Of the candidates used, it was found that the CaSi has a greater refining effect by reducing the maximum length of the primary carbides from 3300 mm to 300 mm (10-fold) in the periphery region of cylindrical samples of 50 mm in diameter. It was found that the use of CaSi generates primary M7C3 carbides that contain in their core composite of O, Al, Ca, and S, and the refining mechanism is the presence of substrates favorable to the nucleation. There was no presence of stacking of solute in the matrixprimary carbide interface, indicating that the CaSi does not act in restricting growth. It was also found that the use of CaSi reduces the form factor (length/width) of the carbides, making them more equiaxed, and additions up to 2.0% CaSi to the ladle maximize the effect of refining of carbides in the periphery region of the sample. Additions of CaSi to the mold are more effective than to the casting ladle, and the use of CaSi particles with sizes below than those provided by the market does not increase the efficiency of refining. It was also found that there is a loss of efficiency of inoculation when the time elapsed between the CaSi addition to the ladle and pouring is greater than 6 minutes. Finally, it was found that the refinement of primary M7C3 carbides resulted in a small increase in the material hardness, but a large increase in the abrasion resistance.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:20:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 330018.pdf: 6841325 bytes, checksum: 1bf2d6fc7dfc2a531789262c6cd6977e (MD5) Previous issue date: 2014 / A furação é um dos processos mais utilizados dentre os processos de fabricação com ferramentas de geometria de corte definida. Juntamente com o torneamento, é uma das operações mais importantes, envolvendo aproximadamente 33% de todas as operações de usinagem de metal, em especial a furação com o emprego de brocas helicoidais. Assim como o processo de furação, os componentes fundidos possuem grande importância na indústria em função da sua ampla utilização. Atualmente, nota-se um crescimento acentuado e constante da realização de serviços de usinagem em indústrias de fundição, agregando valor a estes componentes. Como geralmente o processo de furação é realizado nos últimos estágios de fabricação, problemas neste processo encarecem a produção devido às perdas indesejadas. Deste modo, a seleção de condições econômicas de usinagem é fundamental na otimização dos processos de fabricação, em um cenário de mercado cada vez mais competitivo, onde qualquer aprimoramento no sentido de aumentar a produção de um processo de usinagem representa um ganho significativo. Neste trabalho foram avaliados dois processos de furação específicos empregados na fabricação de blocos de ferro fundido cinzento GG 25, empregadas em compressores herméticos de refrigeradores. Foram definidas seis diferentes combinações de parâmetros de corte para cada processo de furação ensaiado, utilizando brocas de metal-duro com pontas intercambiáveis e helicoidais inteiriças. O objetivo do trabalho foi analisar estes dois processos de furação e determinar as melhores condições econômicas de usinagem, do ponto de vista de custo e tempo de fabricação por peça. Como critério de fim de vida das brocas foi definido a qualidade dos furos usinados, através do controle dos erros de circularidade verificados ao longo dos ensaios. Os resultados dos dados de circularidade, econômicos e de vida das ferramentas comprovaram que a variação dos parâmetros de corte influenciou consideravelmente os dados de saída avaliados. Além disso, através da seleção econômica evidenciou-se um ganho na ordem de 10% no tempo e custo de fabricação das brocas com pontas intercambiáveis de metal-duro e um ganho na ordem de 20% no tempo e custo de fabricação das brocas helicoidais inteiriças de metal-duro.<br> / Abstract : Drilling is one of the most used machining processes among othersmanufacturing processes with cutting tools geometry defined. Alongwith the turning, drilling is one of the most important operations,involving approximately 33% of all metal cutting operations, speciallythe use of drilling with twist drills. As the drilling process, the castcomponents are very important in industry due to their extensiveapplication. Currently, there is an intense and constant growth ofperformance of machining services in foundry industries, adding valueto these components. Knowing that the drilling process is usuallyperformed in the last stages of manufacture, problems in the processbecome more expensive due to production waste. Thus, determination ofeconomic conditions of machining is critical to improve manufacturingprocesses, facing conditions increasingly competitive markets, in whichany improvement to enhance the production of a machining processrepresents a significant gain. This study appraised two drilling processesused in the manufacture of castings of GG25 gray cast iron, applied inhermetic compressors for refrigerators. It was defined six differentcombinations of machining parameters for each drilling process, usingcarbide drills with indexable insert and solid twist drills. The aim is toanalyze the two processes of drilling and determine the best economicconditions of machining, both minimum cost and maximum productionper piece. The criterion for the end of life of drills set was quality ofdrilled holes, measuring roundness errors found during testing. Theresults of datas of roundness, economics and life of the tools proved thatthe variation of cutting parameters has significantly influenced theoutput datas evaluated. In addition, the economic selection showed again in the order of 10% in time and cost of manufacturing of drills withcarbide indexable insert and a gain in the order of 20% in time and costof manufacturing with solid twist carbide drills.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_4834_Karin.pdf: 3526250 bytes, checksum: 7403b87c19d517076b824a47fe3ea249 (MD5) Previous issue date: 2010-12-21 / Ferro Fundidos Brancos Alto Cromo são ligas geralmente utilizadas em aplicações que requerem excelente resistência à abrasão, como, por exemplo, nas industrias de processamento mineral. Sua excelente resistência ao desgaste abrasivo se dá devido, principalmente, a sua microestrutura decorrente da solidificação, constituída tipicamente de carbonatos duros, primários e/ou eutéticos, em matriz austeníticas ou um produto da transformação deste microconstituinte. O objetivo deste trabalho consiste em investigar a influência da microestrutura destas ligas quanto ao desgaste e ao atrito no deslizamento em alta temperatura. Neste estudo, quinze ligas experimentais de ferro fundido branco alto cromo, contendo composições distintas de cromo (variando de 16% a 32% em massa) e molibdênio (entre 0% e 9% em massa) e uma razão Cr/C igual a 10, são avaliadas. A microestrutura da matriz, bem como os carbonetos formados, dependem dos teores de Cr e Mo. Os experimentos são realizados em um tribômetro pino-disco à temperatura de 700 oC. A microestrutura da matriz, aliada à fração volumétrica das fases e ao tamanho dos carbonetos, exerce papel fundamental no comportamento do atrito. Os coeficientes de atrito obtidos são inferiores aos resultantes dos ensaios à temperatura ambiente. Da mesma forma, os desgastes medidos a 700 oC são menos significativos que os observados à temperatura ambiente. Palavras Ferro fundido branco alto cromo, atrito, desgaste por deslizamento, alta temperatura Nº de páginas 49

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-23T04:01:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337498.pdf: 5375805 bytes, checksum: e00c439f8a8e5804a9e07421644a3917 (MD5) Previous issue date: 2015 / Filmes finos de carbono amorfo, chamados Diamond?like carbon (DLC), tem atraído a atenção da comunidade industrial e científica graças as suas excepcionais propriedades mecânicas e tribológicas. Recentemente no Laboratório de Materiais (LabMat) da UFSC, foi desenvolvido um processamento via PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) para substratos de aço carbono. O processo consiste da nitretação e posterior deposição de um filme de DLC hidrogenado do tipo a?C:H, patenteado com o nome de CH?®. Neste contexto, o entendimento da influência de materiais alternativos de substrato com potencial aplicação industrial nas propriedades dos filmes, durante e após o processamento PECVD, é essencial. Dentre estes materiais, destacam se os ferros fundidos cinzentos (FC) e ferros fundidos nodulares (FN) pela sua ampla gama de aplicações industriais, além da alta resistência mecânica à fadiga e ao desgaste em sua faixa de custo. Todavia, um fator crítico para a utilização destes materiais como substratos para aplicação de revestimentos é a presença de descontinuidades na camada metálica superficial na forma de grafitas lamelares no caso do FC e esféricas no caso do FN. No presente estudo, foram investigadas as propriedades das camadas nitretadas e de DLC do processo CH?® aplicado ao FC e ao FN, com foco na influência dos diferentes tipos de grafitas na topografia após o processo e no desempenho tribológico dos filmes de DLC. Amostras de ambos os materiais com a superfície polida foram tratadas com o processo CH?®, o qual gera alterações de grande magnitude em ambos os materiais, aumentando a rugosidade inicial média (Sq) em três vezes para o FN e em cinco vezes para o FC. Além disso, o processo causa o surgimento de elevações de até 20 µm sobre as grafitas lamelares do FC. Foi demonstrada a propriedade de bloqueio à difusão causada pelas lamelas de grafitas dependendo da sua orientação em relação à superfície através de análises de DRX, EDS em linha, MEV e perfis de microdureza. Desta forma, é possível afirmar que as grafitas com orientação inclinada em relação a superfície de tratamento são as mais críticas para o surgimento das elevações em FC. Para o FN, o efeito dos nódulos de grafita na superfície se refletiu em diferentes profundidades das depressões na topografia associadas às mesmas, onde ocorreu um aumento significativo destas profundidades após a nitretação provavelmente associado ao processo de sputtering, e uma subsequente redução da profundidade das depressões devido a um efeito de preenchimento pelo filme de DLC. Adicionalmente, foram realizados ensaios tribológicos de durabilidade a seco em atmosfera ambiente, onde ambos os materiais revestidos são submetidos à condições cada vez mais severas até a falha do filme. Ambos materiais obtiveram valores de durabilidade (Força Normal x Distância de deslizamento) semelhantes. Todavia, os ensaios com FC apresentaram um coeficiente de atrito (COF) de 0,06 no regime de lubricidade, muito inferior ao COF nos ensaios com FN (COF = 0,14). Através de ensaios de durabilidade interrompidos no regime de lubricidade, foi possível associar as diferenças no COF à formação de tribocamadas com fácil cisalhamento nas regiões efetivas de contato para o FC através de análises de MEV, EDS, espectroscopia Raman e interferometria óptica de luz branca. Estas tribocamadas provém de reações com a atmosfera à medida que os debris são formados a partir da pista e da esfera, cominuídos e se acumulam nas elevações presentes na topografia do material. Debris semelhantes foram encontrados para o FN, porém estes não se localizam na região efetiva de contato, se acumulando nas depressões presentes no material e evitando a formação das tribocamadas associadas ao baixo atrito. Finalmente, devido ao mecanismo de desgaste com desplacamentos associados às elevações na topografia, o filme de DLC em FC apresentou um volume desgastado três vezes superior ao em FN no ensaio interrompido analisado.<br> / Abstract : Amorphous carbon thin films, called Diamond-like carbon (DLC), attracted the attention from the industrial and scientific communities due its outstanding tribological and mechanical properties. Recently, in the Materials Laboratory (LabMat) from UFSC, a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) process was developed using plain carbon steel as substrate. The process consists of plasma nitriding followed by a coating with DLC with hydrogen (a-C:H), with a patent under the name CH?®. In this context, the understanding of the influence that suitable alternative substrate materials have in the film properties, during and after the PECVD process, is essential. Among these materials, gray cast irons (FC) and nodular cast irons (FN) stand out due their vast industrial uses, consequence of its relative high mechanical strength associated with low cost. However, a critical issue regarding the usage of such materials with coatings is the presence of discontinuities on the metallic surface in the form of graphite flakes for FC and spheroidal graphite for FN. Therefore, the properties of nitrided and DLC layers produced using the CH?® process applied in FN and FC substrates were investigated, focusing on the influence of different graphite morphology in the topography after the process and in the tribological behavior of DLC films. Samples of both materials with polished surfaces were treated using CH?® process, which causes significant changes in the resulting topography, increasing the average roughness deviation (Sq) by threefold for FN and by fivefold for FC. Additionally, elevations as high as 20 µm were found on the topography of FC over graphite flakes after nitriding. These elevations could be related to the fact that graphite flakes act as a diffusion barrier for nitrogen depending on their orientation relative to the surface, shown via DRX, EDS linescans, SEM imaging and microhardness profiles. It was possible to show that graphite flakes askew to the surface being treated represent the most critical points favoring the formation of elevations in FC. For FN, graphite nodules effect was mainly related to the depth of depressions, where a significant increase was found after nitriding possibly related to sputtering processes, after coating with DLC a decrease of these depths was observed due a filling effect related to DLC growth mechanisms. Additionally, tribological durability tests under dry conditions in humid air were conducted, where both coated materials were submitted to ever growing demanding conditions until the failure of films. Both materials provided similar durability values (Normal Load vs Sliding Distance), however, FC tests presented a friction coefficient (COF) of 0.06 during the lubricity regime, much lower values than FN (COF = 0.14). By stopping a test in the lubricity regime for both materials it was possible to link these differences in the COF to the formation of slippery tribolayers in the actual contact regions for FC, shown via SEM, EDS, Raman spectroscopy and white light interferometry. These tribolayers form from reactions with the atmosphere as debris are generated from wear of the test track and the sphere, grinded and accumulated in the elevations present on the topography of FC. Similar debris were found in FN, but these were rather into depressions than participating in the contact, prohibiting the formation of tribolayers related to low friction. Finally, DLC films on FC substrate presented a threefold increase on the wear volume compared to FN, in the same conditions of the interrupted durability test.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:34:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 311887.pdf: 4652023 bytes, checksum: ef89bf373e0d20ec2ddd141dab2f286f (MD5) / O presente trabalho se propõe a pesquisar um determinado comportamento atípico observado na usinagem do ferro fundido cinzento FC 250, qual seja: a diminuição do desgaste da ferramenta com o aumento da velocidade de corte, quando submetido à usinagem em altas velocidades com ferramentas de nitreto de silício (Si3N4). Os experimentos, de usinagem por processo de torneamento externo longitudinal, de curta e longa duração, em corpos de prova produzidos em ferro fundido cinzento FC 250 em condições de fabricação comercial, foram realizados em um torno CNC com potência nominal de 75 kW, barramento inclinado e muito robusto. Os experimentos foram desenvolvidos com diferentes velocidades de corte situadas entre 400 e 1400 m.min-1, com o objetivo de determinar o comportamento do desgaste da ferramenta para crescentes velocidades de corte. A análise dos resultados, especialmente no que tange ao desgaste das ferramentas, foi realizada com microscopia óptica e eletrônica, procurando, desta forma, caracterizar os tipos e mecanismos responsáveis pelo desgaste das ferramentas. A textura e integridade da superfície dos corpos de prova foram analisadas em função da rugosidade da superfície, microdureza e também a microestrutura da camada adjacente à superfície usinada. A análise dos resultados comprovou o comportamento atípico, ou seja, mostrou que o desgaste da ferramenta diminuiu no intervalo de 400 m.min-1 a 700 m.min-1 e no intervalo de 700 m.min-1 a 1400 m.min-1 o desgaste é constante. No que se refere à rugosidade na superfície usinada, constatou-se uma diminuição desta para crescentes velocidades de corte. Quanto à integridade da superfície, não foram identificadas alterações significativas na camada adjacente à superfície usinada, isto em termos de deformações plásticas, alterações microestruturais e microdureza. Esses resultados, que serão detalhadamente discutidos ao longo do trabalho, são relevantes para aplicações industriais, pesquisas no campo dos materiais, ferramentas de usinagem e usinabilidade dos materiais das peças. Por fim, pode-se destacar que os objetivos traçados para a presente pesquisa foram alcançados com sucesso. / This work proposes to investigate a particular atypical behavior observed in the machining of FC 250 gray cast iron, where the tool wear decreased with increasing cutting speed, when subjected to machining at high cutting speeds with tools based on Si3N4. The short and long term experiments for machining external longitudinal turning process in specimens produced in FC 250 gray cast iron in commercial manufacturing conditions were performed on a very robust 75 kW CNC lathe, with inclined bed. The experiments were conducted with different cutting speeds, lying between 400 and 1400 m/min, in order to determine the behavior of the tool wear for increased cutting speeds. The analysis of the results, especially regarding the tool wear, was carried out with optical and electron microscopy, thereby attempting to characterize the types and mechanisms responsible for the tool wear. The texture and surface integrity analyses of the samples were performed in terms of surface roughness, hardness and analysis of the microstructure of the layer adjacent to the machined surface. The results demonstrated the atypical behavior, i.e., the tool wear reduced in the 400-700 m/min range, and in the 700-1400 m/min range the wear is constant. With respect to the machined surface roughness, it decreased with increasing cutting speeds. Regarding the integrity of the surface, significant changes in the layer adjacent to the machined surface were not identified, i.e. in terms of plastic deformation, microstructural changes and microhardness. These results, which will be discussed in detail throughout this text, are relevant for both industrial applications and for research on the field of tool materials for machining, and also for machinability of materials. Finally it can be stated that the objectives for this study were successfully achieved.