Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

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 fresamento de topo de aços ferramenta, no estado endurecido, pode ser uma alternativa para a fabricação de moldes e matrizes, com alta taxa de remoção. Este trabalho estuda os tipos e mecanismos de desgaste presentes nesta operação de usinagem, bem como o comportamento da emissão acústica. São realizados experimentos com ferramentas de PCBN e Metal Duro usinando os aços H13 (49-51 HRc), VMO (54-57 HRc) e VC131 (57-59 HRc). O desgaste das ferramentas de PCBN é significativamente menor que o desgaste das ferramentas de Metal Duro. O tipo de desgaste predominante é o desgaste de flanco, com indícios de desgastes de cratera. É observada uma combinação entre os mecanismos de desgaste abrasivo e adesivo. Não se observa a formação de trincas abaixo da superfície usinada. Verifica-se que a emissão acústica aumenta com a velocidade de corte e mostra-se também dependente do material da peça e da ferramenta. / The endmilling operation applied to the machining of hardened tool steels, can be seen as an alternative to the conventional sequence of operations used in dies and injection moulds. Normally, eletrodischarge machining, which has a low removal rate, is applied for the finishing operation, just before polishing. The present research work study the types and mechanisms of wear that appear in this machining operation, as well as, the behaviour of Acoustic Emission (EA). Experiments are carried out using PCBN and Carbide tools, machining AISI H13 (49-51 HRc), AISI 6F3 (54-57 HRc) e AISI D6 (57-59 HRc). The wear observed on the PCBN tools was smaller than that on the carbide ones. The type of wear dominating was flank wear, with some presence of crater wear in a few machining conditions. It was also observed a combination between the abrasive and the adhesive mechanisms. It was not noted any cracks on the surface just below the machined surface. The acoustic emission showed to be directly proportional to the cutting speed and also dependent upon the workpiece material and to the tool material.

O fresamento de topo de aços ferramenta, no estado endurecido, pode ser uma alternativa para a fabricação de moldes e matrizes, com alta taxa de remoção. Este trabalho estuda os tipos e mecanismos de desgaste presentes nesta operação de usinagem, bem como o comportamento da emissão acústica. São realizados experimentos com ferramentas de PCBN e Metal Duro usinando os aços H13 (49-51 HRc), VMO (54-57 HRc) e VC131 (57-59 HRc). O desgaste das ferramentas de PCBN é significativamente menor que o desgaste das ferramentas de Metal Duro. O tipo de desgaste predominante é o desgaste de flanco, com indícios de desgastes de cratera. É observada uma combinação entre os mecanismos de desgaste abrasivo e adesivo. Não se observa a formação de trincas abaixo da superfície usinada. Verifica-se que a emissão acústica aumenta com a velocidade de corte e mostra-se também dependente do material da peça e da ferramenta. / The endmilling operation applied to the machining of hardened tool steels, can be seen as an alternative to the conventional sequence of operations used in dies and injection moulds. Normally, eletrodischarge machining, which has a low removal rate, is applied for the finishing operation, just before polishing. The present research work study the types and mechanisms of wear that appear in this machining operation, as well as, the behaviour of Acoustic Emission (EA). Experiments are carried out using PCBN and Carbide tools, machining AISI H13 (49-51 HRc), AISI 6F3 (54-57 HRc) e AISI D6 (57-59 HRc). The wear observed on the PCBN tools was smaller than that on the carbide ones. The type of wear dominating was flank wear, with some presence of crater wear in a few machining conditions. It was also observed a combination between the abrasive and the adhesive mechanisms. It was not noted any cracks on the surface just below the machined surface. The acoustic emission showed to be directly proportional to the cutting speed and also dependent upon the workpiece material and to the tool material.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-12-29T16:57:51Z No. of bitstreams: 1 RamsesOttoCunhaLima_TESE.pdf: 5128279 bytes, checksum: 673d7bbf7a9133df4af9de1eb8b9d2d9 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-01-02T19:01:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RamsesOttoCunhaLima_TESE.pdf: 5128279 bytes, checksum: 673d7bbf7a9133df4af9de1eb8b9d2d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-02T19:01:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RamsesOttoCunhaLima_TESE.pdf: 5128279 bytes, checksum: 673d7bbf7a9133df4af9de1eb8b9d2d9 (MD5) Previous issue date: 2016-06-10 / A demanda pelo aumento da produ??o na ind?stria de fabrica??o por usinagem tem conduzido a pesquisas que promovam a melhoria do desempenho das ferramentas de corte. Assim, cada vez mais, estas suportam as condi??es severas impostas pelo processo de usinagem. Entretanto, por melhor que estejam definidos os par?metros de corte adotados, a ferramenta ir? sofrer desgaste devido ?s solicita??es tribol?gicas do sistema e ter? que ser substitu?da, interrompendo a produ??o. Isto motivou o processo de revestimentos das mesmas com filmes duros que conferem ?s ferramentas propriedades que, somadas ?s do material do seu substrato, prolongam sua vida ?til. Estes revestimentos, geralmente s?o realizados de maneira est?tica, resultando na necessidade de mais de um tratamento de deposi??o para que um inserto seja completamente revestido. T?cnicas de deposi??o por plasma como ASPN (Nitreta??o ? Plasma em Tela Ativa) tem sido bem aceitas industrialmente por conseguirem resolver estes inconvenientes. A Nitreta??o a Plasma em Gaiola Cat?dica (CCPN), desenvolvida com base na ASPN, promovem melhor ades?o do revestimento no substrato sem a necessidade de uma limpeza pr?via r?gida e ainda permitem bom controle das fases depositadas pela produ??o de ?ons e, consequentemente, do efeito de c?todo oco. Por?m esta t?cnica ainda mant?m a limita??o de n?o permitir a aplica??o tridimensional do revestimento, ou seja, em todas as superf?cies da amostra, pr?tica comumente aplicada a insertos de metal duro para usinagem. Este trabalho tem por objetivo propor uma nova forma de deposi??o de revestimentos para estas ferramentas pela aplica??o da t?cnica de Nitreta??o a Plasma em Gaiola Cat?dica Rotat?ria (RCCPN). Esta nova t?cnica de deposi??o, baseada na CCPN, possibilita que todas as faces da amostra recebam o filme durante o mesmo tratamento, devido ? rota??o da gaiola em torno do eixo do reator, o que promove maior uniformidade ? camada depositada, al?m de permitir o tratamento em lotes de pe?as. Para tanto, insertos de metal duro para torneamento foram revestidos por pela t?cnica RCCPN, mantendo-se corrente, tens?o, press?o e propor??o dos gases fixos, e variando-se apenas o tempo do tratamento. Estes, foram conduzidos a ensaios de torneamento, bem como de caracteriza??o por microdureza Vickers, DRX com incid?ncia rasante e MEV/EDS para avalia??o das propriedades mec?nicas do revestimento e sua ades?o ao substrato, bem com uniformidade do filme depositado. Como resultado foi poss?vel obter camadas dos filmes depositados mais uniformes do que as verificadas em tratamento com CCPN, com valores de dureza 40% maiores do que as medidas em insertos sem revestimentos. / The demand for increased production in machining industry has led to research that promote the improvement of cutting tools performance. Thus, increasingly, they support the harsh conditions imposed by the machining process. However, as good as the adopted cutting parameters are set, the tool will wear out due to tribological applications of the system and will need replacement, interrupting production. This motivated the coating process of the cutting tools with films that confer them properties that, together with the material of its substrate, extends its useful life. Such coatings are generally performed in a static manner, resulting in the need for more than one deposition treatment to assure that an insert is completely coated.Plasma deposition techniques as ASPN (Active Screen Plasma Nitriding) solve these drawbacks and still allow optimal control of deposited phases. The Cathodic Cage Plasma Nitriding (CCPN) process, developed based on ASPN, promotes better adhesion of the coating to the substrate without the need for pre-cleaning and besides allow good control of the deposited phases for the production of ions and, consequently, the hollow cathode effect. But this technique still has the limitation of not allowing the tridimentional application of the coating on all surfaces of the sample, a practice commonly applied to carbide inserts for machining process. This research aims to propose a new way of coating deposition to these tools by the application of Rotary Cathodic Cage Plasma Nitriding (RCCPN). This novel deposition technique based on CCPN, enables all sample surfaces to receive the film during the same treatment, due to rotation of cage around the reactor axis, which promotes better uniformity to the deposited layer, besides it enables the treatment in batches. Therefore, cemented carbide inserts were coated by RCCPN process, keeping current, voltage, pressure, and proportion of gas fixed and varying only the treatment time. These were led to turning tests, as well as characterization by microhardness Vickers, XRD with oblique incidence angle and SEM/EDS to evaluate the mechanical properties of the coating and its adhesion to the substrate, as well as the uniformity of deposited film. As a result it was possible to obtain layers of more uniform deposited films than those observed in CCPN treatment, with hardness values 40% higher that the measures in uncoated inserts.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-01-12T14:19:58Z No. of bitstreams: 1 AntonioRobertoAugusto_DISSERT.pdf: 15947966 bytes, checksum: 6137cc9dd87967a91d0ea2a7fd5913a0 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-01-17T13:19:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AntonioRobertoAugusto_DISSERT.pdf: 15947966 bytes, checksum: 6137cc9dd87967a91d0ea2a7fd5913a0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-17T13:19:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AntonioRobertoAugusto_DISSERT.pdf: 15947966 bytes, checksum: 6137cc9dd87967a91d0ea2a7fd5913a0 (MD5) Previous issue date: 2014-09-01 / A lideran?a mundial brasileira na obten??o de etanol derivado da cana de a??car pode ser associada ? produ??o do vinhoto, em uma raz?o de 10 a 18 litros de vinhoto para cada litro de etanol produzido durante o processo de destila??o. Nos cultivos da cana-de-a??car, esse vinhoto tem sido aplicado como adubo org?nico, onde o seu bombeamento ? um elemento cr?tico dessa cadeia produtiva. O objetivo deste trabalho foi investigar os principais mecanismos de desgaste de um rotor e de partes de uma bomba centr?fuga ap?s bombear vinhoto tratado em reator (pH 7,3?0.5). Um filme de 300?75 ?m de metal duro ? base de carboneto de tungst?nio-cobalto (WC-Co) foi aplicado ao rotor de ferro fundido cinzento da bomba atrav?s da t?cnica de aspers?o t?rmica HVOF. Considerando-se os trinta anos de experi?ncia do autor no projeto de sistemas de bombeamento, uma bancada para o bombeamento de vinhoto a 27?2oC foi desenvolvida em Laborat?rio para um servi?o de 1.000 horas atrav?s de ensaios durante dez horas di?rias e cont?nuas de uma bomba modelo INI 32-125 operando sob condi??es de cavita??o, conforme o c?lculo de NPSH. Um sistema de recircula??o do vinhoto foi adotado e controlado por uma v?lvula de descarga empregada comumente em processos industriais. Ap?s os ensaios, tanto o rotor revestido pelo metal duro como algumas partes n?o revestidas da bomba apresentaram um desgaste severo por cavita??o-eros?o, enquanto partes do rotor onde os efeitos da cavita??o s?o menores, o revestimento apresentou um desgaste moderado. / The Brazilian capability concerning to the world's leading producer of sugarcane ethanol can be joined together the vinasse production, which inherent amount discharged by distilling is from 10 to18 liters of vinasse per liter of ethanol produced. This vinasse has been applied in sugar-cane crops as organic fertilizer, where its pumping process is a critical element in this string. The aim of this work was investigate the main wear mechanisms of an impeller and parts of a centrifugal pump after pumping vinasse treated in reactor (pH 8,3?0,7). A tungsten carbide-cobalt (WC10Co4%Cr) film based hard metal of 360?35?m ?m was applied on the grey cast iron pump impeller by HVOF thermal aspersion. Based on the 30 years of experience of the author in the design and mounting of pumping systems, a test rig was developed in Laboratory for 1,000 hours of pumping tests of vinasse at 27?2oC for a continuous service during 10 hours by day for a pump model 32-125, working under cavitation conditions through the calculation of Net Positive Suction Head (NPSH), A recirculating system of the vinasse was adopted and controlled by a discharge valve usually employed in the industrial processes. After the tests, both the coated rotor as the uncoated parts of the pump showed severe wear by cavitation-erosion, while parts of the rotor where the effects of cavitation are smaller, the coating showed a moderate wear.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-03-14T20:59:53Z No. of bitstreams: 1 GerlaneaSilvaDeOliveira_DISSERT.pdf: 3478391 bytes, checksum: 594895a6c6a847cb2a39bb6ce51e2b62 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-03-15T20:06:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 GerlaneaSilvaDeOliveira_DISSERT.pdf: 3478391 bytes, checksum: 594895a6c6a847cb2a39bb6ce51e2b62 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-15T20:06:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GerlaneaSilvaDeOliveira_DISSERT.pdf: 3478391 bytes, checksum: 594895a6c6a847cb2a39bb6ce51e2b62 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / O n?quel tem sido bastante utilizado, em estudos, como substituto do cobalto no metal duro - WC-Co, devido apresentar maior resist?ncia ? corros?o e ? oxida??o, al?m das propriedades mec?nicas e de aspectos econ?micos. Atualmente, carbetos e metais s?o adicionados ao metal duro, para aumentar a sinterabilidade do material, e, consequentemente, as suas propriedades de dureza e tenacidade. Neste trabalho, foram estudados os efeitos da varia??o percentual de Ni e dos par?metros de sinteriza??o (temperaturas de sinteriza??o e isotermas) nas propriedades do sinterizado WC-Ni. Os produtos sinterizados foram obtidos atrav?s das etapas de processamento da metalurgia do p?, no qual p?s de carbeto de tungst?nio ? WC com adi??o de 5 e 15%p. de N?quel ? Ni foram mo?dos em um moinho planet?rio de alta energia durante 8 horas. Em seguida, os p?s particulados foram compactados em uma prensa uniaxial sob carga de 300 Mpa numa matriz cil?ndrica de 5 mm de di?metro. A sinteriza??o dos compactados a verde foi realizada nas temperaturas de 1350 ?C e 1450?C, com isotermas de 30 e 90 minutos, no dilat?metro; e, na temperatura de 1350? C, com isotermas de 30 e 90 minutos, em forno ? v?cuo. Os p?s de partida (WC e Ni) e os mo?dos foram caracterizados por difra??o de raios ? X (DRX), microscopia eletr?nica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS); e as amostras sinterizadas foram caracterizadas por MEV, EDS e medidas de microdureza. Os valores de microdureza Vickers foram maiores para as amostras de WC-5%p.Ni sinterizadas a 1450?C, com isotermas de 30 e 90 minutos no dilat?metro (1078,6 HV e 1246,1 HV, respectivemente). No forno a v?cuo, o melhor resultado de microdureza, tamb?m, foi para as amostras WC-5%p.Ni sinterizadas a 1350?C com isoterma de 30 e 90 minutos (849,6 HV e 914,7 HV, respectivemente). As amostras de WC-5%p.Ni sinterizadas no forno a v?cuo a 1350?C com isotermas de 30 e 90 minutos mostraram maiores valores de microdureza comparados aos das amostras WC-5%pNi sinterizadas no dilat?metro a 1350?C com isoterma de 30 e 90 minutos. / Nickel has been widely used as a substitute for cobalt in WC-Co hardmetal studies due to greater corrosion and oxidation resistance as well as mechanical properties and economic aspect. Currently, carbides and metals are added to hard metal in order to increase the sinterability of the material, and consequently their hardness and toughness. In this study, the effects of different amount of Ni and sintering parameters (sintering temperatures and holding time) on properties of sintered WC-Ni were studied. The sintered products were obtained via powder metallurgy processing steps, in which powders of tungsten carbide (WC) with 5 and 15 wt% Nickel (Ni) were milled in a planetary high energy ball milling for 8 hours. Then, the particulate powders were compacted into a cylindrical die with 5 mm in diameter under a uniaxial load of 300 MPa. Sintering of the green samples was carried out at 1350 and 1450?C with holding time of 30 and 90 minutes, in resistance furnace and at 1350? C, with 30 and 90 minutes holding time in vacuum furnace. Starting (WC and Ni) and milled powders were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). Sintered samples were also characterized by SEM, EDS and microhardness measurements. Hardness results were higher for WC-5 wt% Ni sintered in the resistance furnace at 1450 ? C with 30 and 90 minutes holding time (1078.6 and 1246.1 Hv respectively). WC-5wt% Ni Samples sintered in vacuum furnace at 1350 ?C with 30 to 90 minutes holding time obtained a higher microhardness compared to ones sintered in the resistance furnace at 1350 ?C with holding time of 30 and 90 minutes.

A necessidade de se usinar materiais de alta dureza e garantir bom acabamento superficial é um desafio para as atuais indústrias metal/mecânica. Além disso, coloca-se também a necessidade de fazê-lo de forma técnica e economicamente viável. Diante desse desafio o torneamento duro surge como uma opção. Com o uso dos parâmetros (velocidade de corte, avanço e profundidade de corte) e ferramentas adequadas o torneamento duro possibilita uma adequada rugosidade superficial e pode substituir a necessidade de retificação, simplificando e reduzindo custos no processo de fabricação. Para que seja possível alcançar tais resultados, é necessária a pesquisa e validação de parâmetros que permitam a execução do torneamento de materiais de alta dureza. Por meio de ensaios, de desbaste interno, realizados com peças de metal duro H11N e com ferramentas de diamante, foram feitos testes preliminares com o uso da ferramenta de projeto de experimentos (DOE), para selecionar os melhores conjuntos de parâmetros (velocidade de corte e avanço). Foi realizado um segundo grupo de testes, finais, para garantir estatisticamente os melhores resultados, as informações obtidas foram rugosidade, desgaste e número de passes. Com a análise dos resultados preliminares obtidos utilizando a ferramenta estatística de projeto de experimentos (DOE), foi identificado alta quebra de ferramentas (54%). Com a realização de micrografias, a possibilidade do problema estar relacionado com a estrutura do material e ou com o tamanho do grão foi descartada. Foram detectadas ainda, marcas na superfície usinada dos corpos de prova que são indicadores da existência de vibrações durante o processo, o que justifica o número elevado de quebras das arestas de corte de forma prematura. Os testes finais não apresentaram quebra prematura de ferramentas, e sim uma vida maior que o esperado. Foi estabelecido parâmetros viáveis para o processo, velocidade de corte de 22,1 m/min e avanço de 0,09 mm/rev. Através da análise do desgaste foi possível estabelecer um critério para troca de ferramenta, que foi o desgaste de flanco (Vb) de 0,2mm. / The necessity of machining materials with high hardness to ensure a good surface finish is a challenge for metal mechanic industries these days. Furthermore, it has the necessity to achieve this goal in a technical way and be economically viable. An option to tackle this challenge is hard turning. Through the use of parameters (speed cutting, feed rate and cut depth) and adequate tools, the hard turning enables a good surface roughness and can replace the need for grinding, making the fabrication process simpler and reducing the cost. In order for these results to be achieved, research is required and validation of parameters, which allow the realization of turning materials with high hardness. Through trials of internal thinning, with pieces made of H11N material and diamonds tools, Design of experiments (DOE) preliminary tests were carried out to select the best parameters group (cutting speed and feed rate). Secondary tests were done to ensure statically the best results in this case, the data obtained was of roughness, wear and tool life. When analyzing the preliminary results obtained using the statistic tool, design of experiments (DOE), it was identified that a high breakage of tools was occurring (54%). Through micrograph tests, the possibility of the problem being with the material structure and grain size was discarded. Traces were detected in the machining surface on the machined piece, these are indicators of the chance of vibration during the process, which can justify the high premature tool breakage. The final tests didnt show premature tool breakage, they showed the life span of the tool was longer than what was expected. Viable parameters were established for this process, cutting speed of 22.1 m/min and feed rate of 0.09 mm/rev. Through the wear analysis it was possible to establish a criterion of tool change, it was flank wear (Vb) of 0.02mm.

Orientador: Manoel Cleber de Sampaio Alves / Resumo: A superliga de níquel VAT 32® foi desenvolvida como um substituto da liga UNS N07751 (Inconel 151) na fabricação de válvulas automotivas para motores de combustão interna de alto desempenho. A formação de carbonetos de nióbio confere a esta liga elevada resistência ao desgaste, desejada na aplicação em válvulas automotivas, criando-se, porém, uma maior dificuldade na usinagem deste material. Este trabalho estudou o torneamento da liga VAT 32® com quatro tipos de ferramentas de corte. São elas insertos de metal duro com diferentes revestimentos, Ti(C,N) + Al2O3 pelo processo de deposição química de vapor (chemical vapor deposition – CVD), e revestimento de Ti-Al-Si-N pelo processo de deposição física de vapor (physical vapor deposition – PVD), pastilhas de nitreto cúbico de boro (cBN) e pastilhas experimentais de Al2O3 + MgO. Através do método de Taguchi de planejamento experimental, foram obtidas as combinações e os efeitos principais dos parâmetros velocidade de corte, avanço da ferramenta, profundidade de usinagem e tipo de lubrificação (seco ou em abundância) para otimizar cada uma das variáveis respostas, sendo elas potência de usinagem, desgaste das ferramentas, qualidade superficial das peças usinadas, e os sinais de emissão acústica e vibração do processo. Foram obtidos também, através da análise da razão sinal-ruído (S/N) de Taguchi, a composição dos parâmetros de corte em que o processo apresentou menor variabilidade das características de qualidade, o chamado proces... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: VAT 32® is a nickel based super alloy developed to substitute UNS N07751 alloy in production of automotive valves for high performance internal combustion engines. The formation of niobium carbides gives to this alloy a high resistance to wear, desired in the application in automotive valves, creating however, a greater difficulty in the machining of this material. This thesis aimed the study of VAT 32® turning with four different cutting tools. The tested tools were Ti(C,N)+Al2O3 coated by chemical vapor deposition (CVD) carbide inserts, Ti-Al-Si-N coated by physical vapor deposition (PVD) carbide inserts, cubic boron nitrite (cBN) inserts and experimental Al2O3+MgO ceramic inserts. Optimal combination of the cutting parameters and main effects of the factors speed of cutting, tool feed, depth of cutting and lubrication condition (dry and abundant) in turning of VAT 32® were found using Taguchi’s method as a design of experiment (DOE). The analyzed response variables were machining power, tool wear, surface quality of the machined pieces, chips format and acoustic emission and vibration signals of the process. It was also obtained in this work the robust process with the analysis of signal to noise ratio (S/N) where cutting parameters for smaller process variability were found. Finally, the multi-objective optimization method called Grey Relational Analysis (GRA) was used to find optimal cutting conditions for each tested tools. These optimal conditions were used in a tool l... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor