O objetivo do presente trabalho é analisar a influência de alguns parâmetros de usinagem na qualidade geométrica e superficial da peça. O brochamento é uma operação de usinagem antiga, a qual se desenvolveu com a indústria automobilística, mas que atualmente pode ser encontrada em diversos segmentos industriais. O processo consiste em uma remoção progressiva do material pela ação de uma ferramenta de corte multi-arestas. Este processo é capaz de, em um único ciclo, realizar as operações de desbaste e acabamento da peça em virtude da combinação de uma geometria adequada da ferramenta, tornando esta uma importante característica deste processo. Para o trabalho em questão, foi analisado um processo brochamento de acabamento na usinagem de blocos fabricados em ferro fundido. Este material foi escolhido por estar bastante presente na indústria de transformação devido à boa usinabilidade. Os resultados foram obtidos em medições com aparelhos eletrônicos e através de análise estatística foi avaliado o grau de interferência dos fatores para as características estudadas. Os resultados mostraram que os fatores e suas combinações interferem de forma diferente para cada característica analisada. Na maioria das situações analisadas, os fatores que individualmente apresentam significância para determinada característica, quando combinados entre si também podem interferir no resultado, este fato fica evidenciado com a análise dos resultados obtidos com as ferramentas diamantadas. / The objective of the present paperwork is to analyze the influence of some machining parameters on the geometrical and surface qualities of the work piece. The broaching is an old machining operation, which was developed with the automobile industry, but which nowadays can be found in diverse industrial segments. The process consists on a progressive removal of the material by a multi-edge cutting tool. This process is able of, in a single cycle, do the operations of the part\'s looping and finishing because of a peculiar geometrical configuration of the tool, what is an important characteristic of this process. For the paperwork on proposal, it was analyzed a process broaching of finishing in the machining of blocks made of cast iron. This material was chosen for being very present in the transformation industry due to its machinability. The results were obtained on measurements with electronic devices, and through statistical analysis it was analyzed the degree of interference of the factors to the studied characteristics. The results showed which the factors and its combinations interfere on a different way for each analyzed characteristic. In the most of the analyzed situations, the factors which individually present significance for determined characteristic, when combined among themselves, can interfere in the result too. This fact becomes evident with the analysis of the obtained results with the diamonded tools.

O processo de roleteamento é um tratamento superficial, comumente utilizado em peças fabricadas em aços e ferros fundidos nodulares, em regiões onde há concentradores de tensões, com o intuito de melhorar as propriedades de resistência à fadiga. Este processo endurece e introduz tensões residuais compressivas na camada superficial do material, através de deformação controlada, provocando uma redução das tensões de tração que atuam na superfície da peça submetida a carregamentos cíclicos. Este trabalho teve como principal objetivo o estudo do efeito do roleteamento superficial sobre o comportamento em fadiga de um ferro fundido nodular de matriz perlítica, utilizado na fabricação de virabrequins pela indústria automobilística. Foram realizados ensaios de fadiga por flexão rotativa em corpos de prova lisos e com entalhe. Os corpos de prova com entalhe foram divididos em dois grupos, com e sem roleteamento superficial. Foi utilizado entalhe com geometria semicircular com raio de 1,20mm e profundidade de 0,70mm. Para o processo de roleteamento foi utilizado um rolete com diâmetro de 15,00mm e com raio de curvatura de 1,30mm e aplicada uma força de compressão de 2390N. A introdução de tensões residuais compressivas pelo trabalho a frio, dificultou a nucleação e a propagação de trincas na camada superficial dos entalhes roleteados. Isto ficou evidenciado pelo aumento do valor do limite de fadiga para 483MPa obtido para o material entalhado e roleteado, enquanto que para o material nas condições de sem entalhe e somente entalhado estes valores foram de 300MPa e 168Mpa, respectivamente. / Surface rolling is a mechanical treatment commonly used in parts fabricated with steel and ductile cast iron, specifically in stress concentration regions, to improve fatigue properties. This process hardens and introduces compressive residual stresses to the surface of the material through the application of controlled strains, thus provoking a reduction of resulting tensile stress at its surface under cyclic loading. This work deals with the effect of surface rolling on high cycle fatigue behavior of a pearlitic ductile cast iron used in crankshaft by automotive industries. Rotating bending fatigue tests were performed in both smooth and notched specimens. The notched specimens were divided into two groups: with and without surface rolling treatment. The specimens notch geometry was semicircular with radius of 1.20mm and depth of 0.70mm. The rolling treatment was carried out using a roller with diameter of 15,00mm, curvature radius of 1.30mm and a compression force of 2390N. The introduction of compressive residual stresses under cold work made difficult the nucleation and propagation of the crack on the rolled surface of the notch. It was confirmed by the increase of the endurance limit of the surface rolled specimens to 483MPa in comparison with the smooth and notched specimens, respectively, 300MPa and 168 MPa.

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.

O Ferro Fundido Nodular Austemperado (ADI) vem despertando interesse no mercado por seu menor custo de fabricação e por seu elevado potencial de substituir, principalmente, o aço em peças que demandem por alta resistência mecânica e resistência ao desgaste. Esses fatores o convertem num material de engenharia cada vez mais utilizado, impondo-se em campos até então reservados a outras ligas e métodos de conformação. O tratamento térmico de austêmpera fornece uma microestrutura única, constituída de ferrita acicular e austenita estável rica em carbono, mais frequentemente denominada de ausferrita. Assim, o ADI oferece uma boa relação resistência/peso e uma boa combinação de resistências mecânicas. Contudo, a usinagem do ADI quando comparado com os outros ferros fundidos, apresenta um grande desafio. Dentro desse cenário, esse trabalho visa analisar as possibilidades e os métodos para tornar a sua usinagem mais rentável. O objetivo deste estudo foi o torneamento de alguns tipos de ADI, com o intuito de se verificar, em termos de usinagem, a viabilidade técnica e econômica do seu uso. Para tanto, em primeiro lugar realizou-se uma caracterização detalhada do material e em seguida foram realizados ensaios de vida de ferramenta variando-se parâmetros e ferramentas de corte. Também foram realizados ensaios para medição das forças de corte e análise dos cavacos, incluindo ensaios de quick-stop. Foram analisadas algumas características tribológicas do material através de um ensaio pino-sobre-disco e por ensaios de usinagem para medição da rugosidade. Os resultados desta pesquisa apontam algumas melhorias para o desenvolvimento de novos gumes, baseado nos mecanismos de desgaste encontrados. Verificou-se a presença do desgaste por lascamento do gume em vários ensaios, bem como os mecanismos de abrasão e de adesão. Diferindo-se dos ferros fundidos tradicionais, o cavaco é do tipo contínuo e o maior tempo de contato deste com a superfície de saída da ferramenta é decisivo no comportamento das ferramentas de metal duro. A ferramenta de metal duro microgrão da classe P10 obteve o melhor desempenho na usinagem do ADI, tanto em condições de desbaste quanto de acabamento.

Os principais mecanismos de desgaste, presentes em discos de freio ventilados automotivos, foram determinados utilizando ensaios de bancada em dinamometro inercial. Foram medidas a temperatura, rugosidade, taxa de desgaste, tensões residuais, coeficiente de atrito e desempenho de frenagem. Foi analisado o tribocontato através de técnicas de microscopia eletrônica e ótica. / The main mechanims of wear, present in ventilated brake disc had been determined, when submited to the braking test in inertial dynamometric simulator. Were measured wear taxes, temperature, residual stresses, friction coeficient, topographic of relief and analised their tribographics.

Este trabalho está inserido em um projeto que procura estudar a viabilidade técnica da aplicação de um relativamente novo conceito de tratamento térmico, chamado de Têmpera e Partição (T&P), como alternativa para o processamento de ferros fundidos nodulares com alta resistência mecânica. O processo T&P tem por objetivo a obtenção de microestruturas multifásicas constituídas de martensita e austenita retida, estabilizada em carbono. A martensita confere elevada resistência mecânica, enquanto a austenita confere ductilidade. No processo T&P, após a austenitização total ou parcial da liga, o material é temperado até uma temperatura de têmpera TT entre as temperaturas Ms e Mf para produzir uma mistura controlada de martensita e austenita. Em seguida, na etapa de partição, o material é mantido isotermicamente em uma temperatura igual ou mais elevada (denominada temperatura de partição TP) para permitir a partição de carbono da martensita para a austenita. O carbono em solução sólida diminui a temperatura Ms da austenita, estabilizando-a à temperatura ambiente. O presente trabalho procurou estudar aspectos de transformações de fases -- com ênfase na evolução microestrutural e cinética das reações -- do tratamento térmico de Têmpera e Partição (T&P) aplicado a uma liga de ferro fundido nodular (Fe-3,47%C-2,47%Si-0,2%Mn). Tratamentos térmicos consistiram de austenitização a 880 oC por 30 min, seguido de têmpera a 140, 170 e 200 oC e partição a 300, 375 e 450 oC por até 2 h. A caracterização microestrutural foi feita por microscopia óptica (MO), eletrônica de varredura (MEV), difração de elétrons retroespalhados (EBSD) e análise de microssonda eletrônica (EPMA). A análise cinética foi feita por meio de ensaios de dilatometria de alta resolução e difração de raios X in situ usando radiação síncrotron. Resultados mostram que a ocorrência de reações competitivas -- reação bainítica e precipitação de carbonetos na martensita -- é inevitável durante a aplicação do tratamento T&P à presente liga de ferro fundido nodular. A cinética da reação bainítica é acelerada pela presença da martensita formada na etapa de têmpera. A reação bainítica acontece, a baixas temperaturas, desacompanhada da precipitação de carbonetos e contribui para o enriquecimento em carbono, e consequente estabilização, da austenita. Devido à precipitação de carbonetos na martensita, a formação de ferrita bainítica é o principal mecanismo de enriquecimento em carbono da austenita. A microssegregação proveniente da etapa de solidificação permanece no material tratado termicamente e afeta a distribuição da martensita formada na etapa de têmpera e a cinética da reação bainítica. Em regiões correspondentes a contornos de célula eutética são observadas menores quantidades de martensita e a reação bainítica é mais lenta. A microestrutura final produzida pelo tratamento T&P aplicado ao ferro fundido consiste de martensita revenida com carbonetos, ferrita banítica e austenita enriquecida estabilizada pelo carbono. Adicionalmente, foi desenvolvido um modelo computacional que calcula a redistribuição local de carbono durante a etapa de partição do tratamento T&P, assumindo os efeitos da precipitação de do crescimento de placas de ferrita bainítica a partir da austenita. O modelo mostrou que a cinética de partição de carbono da martensita para a austenita é mais lenta quando os carbonetos precipitados são mais estáveis e que, quando a energia livre dos carbonetos é suficientemente baixa, o fluxo de carbono acontece da austenita para a martensita. A aplicação do modelo não se limita às condições estudadas neste trabalho e pode ser aplicada para o planejamento de tratamentos T&P para aços. / The present work belongs to a bigger project whose main goal is to study the technical feasibility of the application of a relatively new heat treating concept, called Quenching and Partitioning (Q&P), as an alternative to the processing of high strength ductile cast irons. The aim of the Q&P process is to obtain multiphase microstructures consisting of martensite and carbon enriched retained austenite. Martensite confers high strength, whereas austenite confers ductility. In the Q&P process, after total or partial austenitization of the alloy, the material is quenched in a quenching temperature TQ between the Ms and Mf temperatures to produce a controlled mixture of martensite and austenite. Next, at the partitioning step, the material is isothermally held at a either equal or higher temperature (so called partitioning temperature TP) in order to promote the carbon diffusion (partitioning) from martensite to austenite. The present work focus on the study of phase transformations aspects -- with emphasis on the microstructural evolution and kinetics of the reactions -- of the Q&P process applied to a ductile cast iron alloy (Fe-3,47%C-2,47%Si-0,2%Mn). Heat treatments consisted of austenitization at 880 oC for 30 min, followed by quenching at 140, 170, and 200 oC and partitioning at 300, 375 e 450 oC up to 2 h. The microstructural characterization was carried out by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), backscattered diffraction (EBSD), and electron probe microanalysis (EPMA). The kinetic analysis was studied by high resolution dilatometry tests and in situ X-ray diffraction using a synchrotron light source. Results showed that competitive reactions -- bainite reaction and carbides precipitation in martensite -- is unavoidable during the Q&P process. The bainite reaction kinetics is accelerated by the presence of martensite formed in the quenching step. The bainite reaction occurs at low temperatures without carbides precipitation and contributes to the carbon enrichment of austenite and its stabilization. Due to carbides precipitation in martensite, growth of bainitic ferrite is the main mechanism of carbon enrichment of austenite. Microsegregation inherited from the casting process is present in the heat treated material and affects the martensite distribution and the kinetics of the bainite reaction. In regions corresponding to eutectic cell boundaries less martensite is observed and the kinetics of bainite reaction is slower. The final microestructure produced by the Q&P process applied to the ductile cast iron consists of tempered martensite with carbides, bainitic ferrite, and carbon enriched austenite. Additionally, a computational model was developed to calculate the local kinetics of carbon redistribution during the partitioning step, considering the effects of carbides precipitation and bainite reaction. The model showed that the kinetics of carbon partitioning from martensite to austenite is slower when the tempering carbides are more stable and that, when the carbides free energy is sufficiently low, the carbon diffuses from austenite to martensite. The model is not limited to the studied conditions and can be applied to the development of Q&P heat treatments to steels.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2015-05-22T12:17:06Z No. of bitstreams: 1 469254 - Texto Completo.pdf: 3137412 bytes, checksum: e261817a0c99d0108e10ccd039c62c92 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-22T12:17:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 469254 - Texto Completo.pdf: 3137412 bytes, checksum: e261817a0c99d0108e10ccd039c62c92 (MD5) Previous issue date: 2015-03-23 / The objective of this work is to analyze the influence of annealing and austempering heat treatments on the machinability with constant pressure of an austempered ductile cast iron. The results were correlated to microstructural formation and mechanical properties. It was used the turning process varying the depth of cut, the speed of cut, the angle of tool and the use of cut fluid. The samples (18 initially annealed) were heated at 910?C for 90 minutes for austenitization and cooled in salt bath in one-step at temperatures 300?C, 360?C and 420?C for 30, 60 and 90 minutes. Other 16 samples (8 previously annealed) were austempered in two-step process at 245oC and 300oC for 5 and 30 minutes, respectively. The samples were analyzed initially by optical microscopy and mechanical tests (Brinell hardness and Vickers microhardness), and after were machined in an universal lathe for machinability tests. The mechanical lathe was instrumented in relation to active power and cutting time, and the machinability evaluation was made with reference to cutting force, cutting pressure and material removal index criteria. The samples austempered at 300oC for 30 minutes (with annealing) showed the best machinability, impact resistance and lowest hardness in the one-step process. However, the samples in the same temperature and time (with annealing) showed the worst machinability, highest hardness and lowest impact resistance. The two-step austempering was performed in 8 samples that showed the best machinability and 8 samples that showed the worst machinability in one-step process. In these samples, the machinability test were performed with and without fluid cut and cut angle of 90o and 60o. The results showed the highest performance for the condition austempered at 300oC for 30 minute in two-step process, with previous annealing, when machined with fluid cut and angle of tool of 60o. The microstructure was composed by ausferrite, graphite and retained austenite. / Neste trabalho foi investigado atrav?s da t?cnica de aplica??o de press?o constante, a usinabilidade do ferro fundido nodular austemperado em fun??o de tratamentos t?rmicos de recozimento e aust?mpera. Os resultados foram correlacionados com a forma??o microestrutural e com as propriedades mec?nicas. Para tanto foi utilizado o processo de torneamento, variando a profundidade de corte, a velocidade de corte, o ?ngulo de posi??o da ferramenta de corte e utiliza??o e n?o utiliza??o de fluido de corte. Para este fim, 36 amostras (18 recozidas previamente) foram austemperadas em etapa ?nica nas temperaturas de 300 ?C, 360 ?C e 420 ?C nos tempos de 30 min, 60 min e 90 min. e 16 pe?as (8 com recozimento pr?vio) em duas etapas ? 245 ?C e 300 ?C nos respectivos tempos de 5 min e 30 min.. Para aust?mpera em etapa ?nica, amostras austemperadas ? 300 ?C por 30 minutos (sem recozimento pr?vio) obtiveram melhor usinabilidade, resist?ncia ao impacto e menor dureza. J?, as austemperadas no mesmo tempo e temperatura (com recozimento pr?vio) obtiveram pior usinabilidade, maior dureza e menor resist?ncia ao impacto. A aust?mpera em duas etapas foi realizada em 8 pe?as que obtiveram melhor usinabilidade e em 8 pe?as de pior usinabilidade nos testes de aust?mpera em ?nica etapa. Estes testes de usinabilidade foram executados com e sem o uso de fluido de corte utilizando-se os ?ngulos de posi??o da ferramenta de corte de 90? e 60?. Os resultados apontam para melhor usinabilidade ?s amostras austemperadas pelo processo de duas etapas e que foram previamente recozidas e austemperadas ? 300 ?C durante 30 minutos, quando usinadas com fluido de corte e ?ngulo de posi??o da ferramenta de corte de 60?. A microestrutura foi composta por matriz ausferr?tica, grafita e austenita n?o transformada.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2015-07-17T20:14:00Z No. of bitstreams: 1 472389 - Texto Completo.pdf: 3567307 bytes, checksum: 701ea7ad45fd2a973390e2755f3d5161 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-17T20:14:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 472389 - Texto Completo.pdf: 3567307 bytes, checksum: 701ea7ad45fd2a973390e2755f3d5161 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / This work presents the influence of the heat treatment parameters of austempering carried out in a zinc aluminum bath on the mechanical properties of a ductile cast iron (ADI). Samples were extracted from as-cast standard blocks for the austempering heat treatment. The material was heated to 900?C for 60 minutes for austenitization and cooled in a zinc-aluminum bath, to a temperature of 400?C, for 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes. The samples were analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy, and mechanical tests (Brinell hardness, Micro Vickers hardness, Izod Impact Test and Tensile Test). The results, comparing the mechanical properties and microstructural characteristics in all cycles, present results compatible with the two stages of the material process window, confirming the effectiveness of the zinc-aluminum bath in getting the ADI. / O presente trabalho apresenta a influ?ncia da varia??o de par?metros do tratamento t?rmico de aust?mpera realizado usando um banho de zinco fundido, e os efeitos nas propriedades mec?nicas do ferro fundido austemperado (ADI). Corpos de prova foram extra?dos de blocos fundidos padronizados para aplica??o dos tratamentos t?rmicos de aust?mpera. O material foi aquecido a 900oC durante 60 minutos para austenitiza??o, e ent?o resfriado em um banho de zinco-alum?nio fundido a 400oC por 30 minutos, 60 minutos e 90 minutos. Os corpos de prova foram analisados por microscopia ?ptica, microscopia eletr?nica de varredura e ensaios mec?nicos (dureza Brinnell, microdureza Vickers, testes de Impacto Charpy e Resist?ncia ? Tra??o). Os resultados, comparadas as propriedades mec?nicas e caracter?sticas microestruturais em todos os ciclos, apresentam resultados compat?veis com os dois est?gios previstos pela janela de processo do material, confirmando a efetividade do banho de Zinco-Alum?nio na obten??o do ADI.